El descubrimiento respalda la idea de que muchos de los ingredientes clave para la vida pueden prepararse simultáneamente y combinarse para formar células vivas.
«¿Por qué tenemos vida?» ¿Por qué los principios de la química significan que la vida aquí tiene el aspecto que tiene? dijo Matthew Power, autor principal del artículo de investigación. Esas son «las únicas preguntas muy buenas que posiblemente podamos responder».
Aunque los organismos son aparentemente diferentes, están hechos de los mismos componentes químicos básicos, llamados metabolitos primarios, que están directamente involucrados en el crecimiento y desarrollo celular. Los ejemplos incluyen aminoácidos que ayudan a producir proteínas y nucleótidos que forman el ARN y el ADN.
Nuevos experimentos de laboratorio se centraron en el origen de otro metabolito primario: la coenzima A, que se encuentra en el corazón del metabolismo en todos los ámbitos de la vida (una de sus muchas funciones). Por ejemplo, el compuesto juega un papel importante en la liberación de energía a partir de carbohidratos, grasas y proteínas en organismos que requieren oxígeno, pero también realiza funciones metabólicas en organismos que no requieren oxígeno, como muchas bacterias.
Específicamente, Powner y su equipo intentaban recrear una parte particular de la molécula de la enzima A llamada pantetina. La panteteína es el brazo funcional de la coenzima A, que a menudo se transporta y permite que se produzcan otras reacciones químicas en nuestro cuerpo. Esta molécula se llama cofactor y actúa como un interruptor de encendido; sin ella, una enzima sería inutilizable.
«Todos nuestros procesos metabólicos dependen de un pequeño subconjunto de estos factores», dijo el biólogo Aaron Goldman, que no participó en el estudio. «Esto ha llevado a los investigadores a argumentar que estos elementos coordinados, en sí mismos, pueden haber precedido a enzimas más grandes y complejas durante los albores de la vida y la evolución temprana».
Algunos investigadores, dijo Goldman, han sugerido que la vida temprana podría haber utilizado el pentateno para almacenar energía antes de la evolución de las monedas de energía más grandes y complejas que las células usan hoy.
Si este es el caso, el misterio permanece: ¿de dónde vino el panteno?
“No podemos retroceder en el tiempo. No podemos volver al origen de la vida. No podemos encontrar muestras de ese período de tiempo», dijo Powner, profesor del University College de Londres. «Nuestra única capacidad para llegar al fondo del problema es reconstruirlo, empezando desde cero, en una sola célula. ingeniero, comprenda lo que se necesita para crear un organismo».
Construir panteteína era una tarea difícil. Por un lado, la bioquímica molecular era «peculiar» en términos de calidad, dijo. Se parecía mucho a la estructura de los péptidos (cadenas de aminoácidos) utilizados para producir proteínas, pero tenía muchas rarezas (elementos inusuales en lugares extraños) que parecían darle una estructura más compleja.
El compuesto es tan extraño que los científicos habían sugerido previamente que era demasiado difícil de producir a partir de moléculas básicas. Otros intentaron crear pentateno y fracasaron, pensando que no existía al comienzo de la vida. Muchos científicos creían que la biología habría creado una versión más simple, que habría evolucionado con el tiempo hacia formas más complejas, como construir una cabaña y luego convertirla en una mansión.
A pesar de esto, el equipo se dirigió al laboratorio. Se centraron principalmente en el uso de materiales que podrían ser abundantes en la Tierra, como el cianuro de hidrógeno y el agua. Las primeras etapas de la reacción tomaron un día cada una, pero la etapa final duró 60 días, la reacción más larga que jamás haya realizado el laboratorio de Powerer. El equipo finalmente dejó de reaccionar «en parte porque nos aburrimos», dijo. Pero el resultado fue muy panteón.
El equipo comparó su éxito con otros estudios fallidos que utilizaron compuestos a base de nitrógeno llamados nitrilos. Estos compuestos proporcionaron la energía muy necesaria para acelerar la reacción. Sin neutros, es como una cortadora de césped pero sin gasolina para moverla.
«Creo que es sorprendente que nadie lo haya probado». «Si simplemente los pones todos juntos, todos reaccionan mutuamente», dijo Jasper Fairchild, candidato a doctorado en el University College de Londres, quien dirigió el experimento. el panteón Y para mí, eso es hermoso.
En la Tierra, la reacción podría haber ocurrido en pequeños estanques o lagos de agua, dijeron los autores. Sin embargo, los océanos más grandes pueden haber reducido la concentración de la sustancia química.
«Este es otro hermoso ejemplo de cómo es probable que se formen moléculas de vida, incluso las más complejas como las coenzimas», dijo el químico Joseph Moran, que no participó en el estudio.
Una versión simple de una molécula de aspecto tan complejo podría reimaginar cómo comenzó la vida en la Tierra. Históricamente, dijo Power, los científicos propusieron que las moléculas biológicas surgieron paso a paso, como un mundo primitivo de ARN que luego dio origen a proteínas y otras sustancias químicas.
Pero el nuevo descubrimiento muestra que muchos de los componentes básicos de la vida pueden haber sido creados al mismo tiempo a partir de las mismas condiciones y sustancias químicas básicas, formándose proteínas, ARN y otros componentes al mismo tiempo. De hecho, los estudios anteriores del equipo utilizaron las mismas condiciones y reacciones para producir nucleótidos (que ayudan a producir ADN) y péptidos (que ayudan a producir proteínas). Estos componentes básicos pueden combinarse, reaccionar entre sí y eventualmente conducir al origen de la vida.
Una mejor comprensión de cómo se formaron y unieron estos elementos algún día podría ayudar a los científicos a desarrollar vida a partir de materiales sólidos en un laboratorio, o incluso en otro planeta.
«Estamos muy lejos de poder construir una célula (desde cero)», dijo Power. «Puede que no suceda durante mi vida, pero estamos en camino de comprender cómo funcionan estas moléculas».
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