Química sin enzimas pudo activar la vida hace 4.000 millones de años

Científicos del Instituto Francis Crick y la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, han demostrado en laboratorio una red de reacciones químicas primordiales que imitan el importante ciclo de Krebs, presente en los organismos vivos hoy en día.

En un estudio publicado en la revista 'Nature Ecology and Evolution', los autores dicen que podría explicar un paso importante en cómo se desarrolló la vida en la Tierra.

La vida se desarrolló hace 4.000 millones de años en una tierra áspera y volcánica que carecía de oxígeno, pero que poseía grandes océanos ricos en iones metálicos. Ha habido mucho interés en cómo surgieron las primeras formas de vida en estas condiciones y cómo pudieron formarse de la nada los procesos bioquímicos necesarios para sostener la vida.

El metabolismo es universal para la vida. Es el conjunto de procesos a través de los cuales obtenemos energía de los alimentos y producimos las biomoléculas que necesitamos en las células de nuestro cuerpo. Las vías bioquímicas que sustentan estos procesos son muy similares en todos los organismos y especies.

Una vía metabólica central que se enseña a los estudiantes de Biología es el ciclo de Krebs, pero se plantea la pregunta sobre cómo surgió este conjunto esencial de reacciones químicas, con cada paso catalizado por una enzima. Cada paso en el ciclo no es suficiente por sí mismo, sino que la vida necesita una secuencia de estas reacciones, y lo habría necesitado antes de que las enzimas biológicas estuvieran alrededor: los aminoácidos --los componentes moleculares de las enzimas-- están hechos de productos del ciclo de Krebs.

RADICALES DE SULFATO, PARTÍCULAS QUE ACTIVAN ESTA VÍA

El equipo de investigación del Instituto Francis Crick y de la Universidad de Cambridge dicen que su demostración ofrece una respuesta: han identificado una vía metabólica libre de enzimas que refleja el ciclo de Krebs, la cual es activada por partículas llamadas radicales de sulfato en condiciones similares a las de la Tierra hace 4.000 millones de años.

"Este precursor no enzimático del ciclo de Krebs, que hemos demostrado de forma espontánea, es biológicamente sensible y eficiente, y podría haber ayudado a activar la vida hace 4.000 millones de años", señala en un comunicado el doctor Markus Ralser, del Instituto Francis Crick y la Universidad de Cambridge.

Los científicos usaron compuestos de carbono simples que están involucrados en varios puntos del ciclo de Krebs (compuestos recientemente encontrados en un meteorito por científicos de la NASA) y los mezclaron con hierro y sustancias químicas que se encontrarían en sedimentos en los primeros océanos. Realizaron una estrategia de rastreo sistemático de alrededor de 4.850 experimentos diferentes utilizando técnicas de espectrometría de masas y buscaron reacciones similares a las observadas en el ciclo de Krebs.

En la inmensa mayoría de los casos, las mezclas no reaccionaron. Sin embargo, en presencia del compuesto peroxidisulfato, los investigadores detectaron 24 reacciones químicas, que se parecían al patrón de reacciones observadas en el ciclo de Krebs en los organismos vivos.

"Tomamos componentes representativos de los sedimentos presentes en la Tierra hace miles de millones de años --relata Ralser--. Como las sales que habrían estado presentes en los sedimentos no desencadenaron muchas reacciones, nos concentramos principalmente en los iones metálicos y las especies de sulfato, que también son conocidos por ser importantes en las células modernas del ciclo de Krebs".

"Realizamos un enorme cribado con miles de mediciones y luego trabajamos sistemáticamente a través de ellas. Al final encontramos una condición que pudo haber permitido que el ciclo de Krebs surgiera. Se basa en radicales sulfato y previamente nadie había pensado en ellos", subraya.

Una hipótesis alternativa para el origen de la vida sugiere que el ARN --una molécula similar al ADN que puede mantener información genética pero es más transitoria y más reactiva-- puede explicar los primeros pasos hacia la vida. Esto se conoce como la hipótesis del mundo de ARN.

Ralser dice: "Hay un enorme debate científico acerca de si los primeros pasos hacia la vida fueron impulsados por el metabolismo o la genética". Este experto sostiene que la presencia de moléculas de ARN no puede explicar fácilmente el origen del metabolismo, ya que el ARN se elabora a partir de productos del metabolismo y que los resultados de su grupo apoyan la teoría de que la química ambiental permitió que el metabolismo comenzara.

"La gente ha tratado de trabajar en un ciclo de Krebs no enzimático durante años, pero la mayoría ha pensado en ello teóricamente o filosóficamente. Pocos han hecho experimentos físicos sistemáticos como los que aquí se informa. Existe un catalizador no enzimático para el ciclo de Krebs y nosotros lo hemos encontrado", concluye Ralser.