Avalancha de reacciones en el origen de la vida

ADN © by Mark Cummins

Artículo publicado el 19 de enero de 2012 en TUM
El origen de la vida se ve como la formación de las primeras biomoléculas, las cuales pueden estar sujetas a multiplicación y posterior desarrollo. Hasta ahora no estaba claro qué reacciones podrían haber disparado la evolución de este metabolismo original. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han revelado dichos mecanismos, mediante los cuales unas pocas biomoléculas pueden crear nuevos productos, al estilo de una avalancha que inicie un metabolismo autoexpansivo. “Chemistry – A European Journal“” publica ahora sus resultados.
Los canales de flujo volcánico-hidrotermal ofrecen un entorno químicamente único el cual, a primera vista, parece hostil a la vida. Se definen como grietas en la corteza de la Tierra, a través de las cuales fluye el agua, repletas de gases volcánicos que están en contacto con una diversidad de minerales. Y aun así – es precisamente este entorno extremo donde podrían haber surgido los dos mecanismos que son la raíz de la vida: La multiplicación de biomoléculas (reproducción) y el surgimiento de nuevas biomoléculas en base a otras biomoléculas anteriormente formadas (evolución).
En el inicio de esta concatenación de reacciones que llevó finalmente a la creación de formas celulares de vida, hay sólo unos pocos aminoácidos, los cuales se formaron a partir de gases volcánicos mediante catálisis mineral. Similar a una ficha de dominó que dispara toda una avalancha, estas primeras biomoléculas estimularon no sólo su propia síntesis posterior, sino también la producción de todo un nuevo grupo de biomoléculas. “De esta forma la vida se inicia por necesidad, de acuerdo con las leyes preestablecidas de la química y en una dirección predeterminada”, declara Günter Wächtershäuser, profesor honorario de bioquímica en la Universidad de Regensburg. Wächtershäuser desarrolló el mecanismo de un metabolismo autogenerador – teóricamente, por desgracia, ya que no hemos tenido hasta el momento una demostración experimental.
Ahora, científicos junto a Claudia Huber y Wolfgang Eisenreich, de la Cátedra de Bioquímica en el Departamento de Química de la TUM, en estrecha cooperación con Wächtershäuser, lograron demostrar experimentalmente por primera vez la posibilidad de tal mecanismo autoestimulador. Un catalizador que consta de compuestos de los metales de transición níquel, cobalto o hierro tiene el papel principal en estas reacciones. Proporciona no sólo la formación de las primeras biomoléculas, sino también inicia la concatenación de reacciones. La razón: Las biomoléculas recientemente formadas a partir de los gases volcánicos se unen al centro del catalizador del metal de transición para permitir posteriores reacciones químicas, generando unas biomoléculas completamente nuevas. “Este acoplamiento entre el catalizador y un producto de reacción orgánica es el primer paso”, explica Wächtershäuser. “La vida surge si posteriormente tiene lugar una cascada de acoplamientos, y esta vida primordial lleva finalmente a la formación del material genético y de las primeras células”.
Los científicos simularon en sus experimentos las condiciones de canales de flujo volcánico-hidrotermal, y establecieron un sistema acuoso-organometálico que produce todo un conjunto de biomoléculas diferentes, entre ellas los aminoácidos glicina y alanina. Aquí la fuente de carbono la proporciona un compuesto ciano y el agente reductor el monóxido de carbono. Los compuestos de níquel resultaron ser los catalizadores más efectivos en estos experimentos. Los científicos añadieron luego los productos glicina y alanina a otro sistema, que generó, de nuevo, dos nuevas biomoléculas. El resultado: Los dos aminoácidos incrementaron la productividad obtenida por el segundo sistema en un factor de cinco.
En futuros experimentos, los científicos intentarán recrear con mayor precisión las condiciones de los sistemas volcánicos-hidrotermales, donde podría haber surgido la vida hace miles de millones de años. “Para este propósito primero simulamos ciertas etapas en el desarrollo de un sistema de flujo volcánico-hidrotermal para determinar los parámetros esenciales”, explica Wächtershäuser. “Sólo a partir de entonces pudimos llegar a una construcción racional de un reactor de flujo”.
Los resultados de los científicos que trabajaron junto a Wächtershäuser y Eisenreich demuestran que es factible el origen y evolución de la vida en el agua caliente de los conductos de flujo volcánico. Los resultados revelan ventajas de la teoría en comparación con otras aproximaciones. En los conductos de flujo, la temperatura, presión y pH cambian a lo largo del camino del flujo y, de ese modo, se ofrece un espectro graduado de condiciones que es apropiado para todas las etapas, desde la evolución inicial a la formación del material genético (ARN/ADN).
La propiedad más importante del sistema es su autonomía: En oposición a la idea prebiótica fría, el primer metabolismo no fue dependiente de eventos accidentales o una acumulación de componentes esenciales a lo largo de miles de años. Tan pronto como cae la primera pieza del dominó, las otras la siguen de forma automática. El origen de la vida avanza a lo largo de trayectorias definidas, preestablecidas por las reglas de la química – un proceso determinado químicamente dando lugar al árbol de todas las formas de vida.
Este trabajo está patrocinado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (WA- 983/3, WA-983/4 y EI-384/3–1), Hans-Fischer Gesellschaft y Fonds der Chemischen Industrie.
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Artículos de Referencia:
Elements of metabolic evolution, C. Huber, F. Kraus, M. Hanzlik, W. Eisenreich, G. Wächtershäuser, Chemistry – A European Journal, publicación en línea avanzada: 13 Jan 2012 – DOI: 10.1002/chem.201102914

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en TUM.

Artículo publicado el 19 de enero de 2012 en TUM
El origen de la vida se ve como la formación de las primeras biomoléculas, las cuales pueden estar sujetas a multiplicación y posterior desarrollo. Hasta ahora no estaba claro qué reacciones podrían haber disparado la evolución de este metabolismo original. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han revelado dichos mecanismos, mediante los cuales unas pocas biomoléculas pueden crear nuevos productos, al estilo de una avalancha que inicie un metabolismo autoexpansivo. “Chemistry – A European Journal“” publica ahora sus resultados.
Los canales de flujo volcánico-hidrotermal ofrecen un entorno químicamente único el cual, a primera vista, parece hostil a la vida. Se definen como grietas en la corteza de la Tierra, a través de las cuales fluye el agua, repletas de gases volcánicos que están en contacto con una diversidad de minerales. Y aun así – es precisamente este entorno extremo donde podrían haber surgido los dos mecanismos que son la raíz de la vida: La multiplicación de biomoléculas (reproducción) y el surgimiento de nuevas biomoléculas en base a otras biomoléculas anteriormente formadas (evolución).
En el inicio de esta concatenación de reacciones que llevó finalmente a la creación de formas celulares de vida, hay sólo unos pocos aminoácidos, los cuales se formaron a partir de gases volcánicos mediante catálisis mineral. Similar a una ficha de dominó que dispara toda una avalancha, estas primeras biomoléculas estimularon no sólo su propia síntesis posterior, sino también la producción de todo un nuevo grupo de biomoléculas. “De esta forma la vida se inicia por necesidad, de acuerdo con las leyes preestablecidas de la química y en una dirección predeterminada”, declara Günter Wächtershäuser, profesor honorario de bioquímica en la Universidad de Regensburg. Wächtershäuser desarrolló el mecanismo de un metabolismo autogenerador – teóricamente, por desgracia, ya que no hemos tenido hasta el momento una demostración experimental.
Ahora, científicos junto a Claudia Huber y Wolfgang Eisenreich, de la Cátedra de Bioquímica en el Departamento de Química de la TUM, en estrecha cooperación con Wächtershäuser, lograron demostrar experimentalmente por primera vez la posibilidad de tal mecanismo autoestimulador. Un catalizador que consta de compuestos de los metales de transición níquel, cobalto o hierro tiene el papel principal en estas reacciones. Proporciona no sólo la formación de las primeras biomoléculas, sino también inicia la concatenación de reacciones. La razón: Las biomoléculas recientemente formadas a partir de los gases volcánicos se unen al centro del catalizador del metal de transición para permitir posteriores reacciones químicas, generando unas biomoléculas completamente nuevas. “Este acoplamiento entre el catalizador y un producto de reacción orgánica es el primer paso”, explica Wächtershäuser. “La vida surge si posteriormente tiene lugar una cascada de acoplamientos, y esta vida primordial lleva finalmente a la formación del material genético y de las primeras células”.
Los científicos simularon en sus experimentos las condiciones de canales de flujo volcánico-hidrotermal, y establecieron un sistema acuoso-organometálico que produce todo un conjunto de biomoléculas diferentes, entre ellas los aminoácidos glicina y alanina. Aquí la fuente de carbono la proporciona un compuesto ciano y el agente reductor el monóxido de carbono. Los compuestos de níquel resultaron ser los catalizadores más efectivos en estos experimentos. Los científicos añadieron luego los productos glicina y alanina a otro sistema, que generó, de nuevo, dos nuevas biomoléculas. El resultado: Los dos aminoácidos incrementaron la productividad obtenida por el segundo sistema en un factor de cinco.
En futuros experimentos, los científicos intentarán recrear con mayor precisión las condiciones de los sistemas volcánicos-hidrotermales, donde podría haber surgido la vida hace miles de millones de años. “Para este propósito primero simulamos ciertas etapas en el desarrollo de un sistema de flujo volcánico-hidrotermal para determinar los parámetros esenciales”, explica Wächtershäuser. “Sólo a partir de entonces pudimos llegar a una construcción racional de un reactor de flujo”.
Los resultados de los científicos que trabajaron junto a Wächtershäuser y Eisenreich demuestran que es factible el origen y evolución de la vida en el agua caliente de los conductos de flujo volcánico. Los resultados revelan ventajas de la teoría en comparación con otras aproximaciones. En los conductos de flujo, la temperatura, presión y pH cambian a lo largo del camino del flujo y, de ese modo, se ofrece un espectro graduado de condiciones que es apropiado para todas las etapas, desde la evolución inicial a la formación del material genético (ARN/ADN).
La propiedad más importante del sistema es su autonomía: En oposición a la idea prebiótica fría, el primer metabolismo no fue dependiente de eventos accidentales o una acumulación de componentes esenciales a lo largo de miles de años. Tan pronto como cae la primera pieza del dominó, las otras la siguen de forma automática. El origen de la vida avanza a lo largo de trayectorias definidas, preestablecidas por las reglas de la química – un proceso determinado químicamente dando lugar al árbol de todas las formas de vida.
Este trabajo está patrocinado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (WA- 983/3, WA-983/4 y EI-384/3–1), Hans-Fischer Gesellschaft y Fonds der Chemischen Industrie.
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Artículos de Referencia:
Elements of metabolic evolution, C. Huber, F. Kraus, M. Hanzlik, W. Eisenreich, G. Wächtershäuser, Chemistry – A European Journal, publicación en línea avanzada: 13 Jan 2012 – DOI: 10.1002/chem.201102914