El origen de la vida en la Tierra sigue siendo uno de los grandes misterios que los científicos intentan descifrar. A lo largo de los años, varias teorías han surgido para tratar de explicar cómo la materia inanimada dio lugar a las primeras células vivas. Una de las ideas más intrigantes propone que la formación de protocélulas, compartimentos primitivos que podrían haber sido los precursores de las células modernas, fue un paso clave en este proceso. Ahora, un estudio reciente publicado en Science Advances sugiere que la exposición de gotas de coacervados —estructuras sin membrana que se forman mediante la separación de fases líquidas— al agua de lluvia pudo ser un factor decisivo en la estabilidad de estas protocélulas primitivas.
La estabilidad de las gotas protocelulares pudo haber sido clave para el desarrollo de la vida. Foto: Dall-e/Christian Pérez
¿Qué son los coacervados?
Los coacervados son gotas microscópicas formadas cuando ciertos compuestos químicos, como polímeros o macromoléculas, se separan en dos fases líquidas diferentes.
En términos sencillos, imagina una mezcla de agua y aceite, donde se forman pequeñas gotas de aceite que no se mezclan con el agua. Algo similar ocurre con los coacervados, que se forman en soluciones acuosas bajo ciertas condiciones. Estas gotas pueden concentrar moléculas como proteínas y ARN, lo que las convierte en posibles candidatos para representar las primeras formas de compartimentación celular.
Una de las características más importantes de las células modernas es la capacidad de mantener su contenido interno separado del exterior. Esto permite que las células realicen funciones biológicas complejas, como la replicación de ADN o la producción de energía.
Sin embargo, las protocélulas primitivas no contaban con las membranas lipídicas sofisticadas de las células actuales. En su lugar, los coacervados podrían haber proporcionado una estructura rudimentaria para concentrar moléculas importantes en un solo lugar, facilitando así las primeras reacciones químicas esenciales para la vida.
Las microRNAs, diminutas moléculas de ARN, desempeñan un papel crucial en el control de la actividad genética en organismos multicelulares. Foto: Istock
El desafío de la estabilidad
A pesar de sus aparentes ventajas, los coacervados tienen un problema importante: su inestabilidad. Estas gotas tienden a fusionarse rápidamente entre sí, lo que haría difícil que mantuvieran compartimentos separados.
Además, el contenido de ARN o proteínas dentro de las gotas podría intercambiarse fácilmente con el exterior, eliminando cualquier posibilidad de que estas protocélulas primitivas desarrollaran identidades genéticas únicas, algo esencial para la evolución darwiniana.
Aquí es donde el nuevo estudio realizado por Aman Agrawal y su equipo en la Universidad de Chicago entra en juego. Los investigadores querían entender cómo los coacervados podían haber mantenido su estabilidad en las condiciones de la Tierra primitiva, permitiendo que surgieran las primeras protocélulas capaces de evolucionar.
La clave podría estar en la lluvia
El estudio publicado recientemente en Science Advances propone que el agua de lluvia o agua fresca de lagos primitivos pudo haber jugado un papel fundamental en la estabilización de los coacervados. Los investigadores descubrieron que cuando exponían las gotas de coacervados a agua destilada, estas formaban enlaces electrostáticos en su superficie, lo que prevenía su fusión y las mantenía como compartimentos separados durante largos periodos de tiempo.
Este fenómeno es crucial porque la estabilidad a largo plazo de los compartimentos es esencial para permitir que las primeras moléculas de ARN y proteínas realicen sus funciones sin ser interrumpidas por la fusión constante de las protocélulas. En el experimento, las gotas estabilizadas por agua destilada pudieron mantener compartimentos separados durante semanas e incluso meses, lo que ofrece un modelo plausible para entender cómo las primeras protocélulas podrían haber existido en la Tierra primitiva.
La exposición a la lluvia en la Tierra temprana podría haber estabilizado las protocélulas, favoreciendo la compartimentalización del ARN. Foto: Dall-e/Christian Pérez
El aislamiento del ARN: un paso hacia la vida
Otro hallazgo clave del estudio es que la estabilización de las gotas también permitió un aislamiento temporal del ARN. El ARN, una molécula esencial en los primeros pasos de la vida, es capaz de almacenar información genética y realizar funciones catalíticas. En los coacervados no estabilizados, el ARN tiende a intercambiarse rápidamente entre las gotas, lo que impediría la evolución de secuencias de ARN más complejas y útiles.
Sin embargo, en los coacervados estabilizados con agua destilada, los investigadores observaron que las moléculas de ARN más largas (35 nucleótidos o más) permanecían aisladas dentro de sus respectivos compartimentos durante días. Este aislamiento prolongado es importante porque permitiría que ciertas secuencias de ARN evolucionaran y se transmitieran a las futuras generaciones de protocélulas, un requisito básico para la evolución biológica.
La importancia del agua fresca en la Tierra primitiva
Los resultados del estudio también sugieren que las condiciones acuosas de la Tierra primitiva, como la lluvia, los lagos de agua dulce y el derretimiento de nieve y hielo, pudieron haber sido cruciales para la estabilidad de los coacervados. En estos ambientes de baja salinidad, los coacervados estabilizados podrían haber proporcionado un entorno protegido para la evolución de las primeras moléculas biológicas. Esto contrasta con ambientes más salinos, donde la estabilidad de las gotas se ve comprometida, lo que sugiere que la vida pudo haber comenzado en áreas cercanas a fuentes de agua dulce en lugar de en los océanos, como se ha pensado tradicionalmente.
Este estudio añade una nueva pieza al rompecabezas del origen de la vida. Aunque aún hay muchas preguntas por resolver, la idea de que el agua de lluvia pudo haber ayudado a estabilizar las primeras protocélulas es un concepto fascinante.
Si bien las protocélulas modernas cuentan con membranas lipídicas complejas para mantener su estabilidad y controlar el intercambio de moléculas, los coacervados estabilizados por el agua fresca de la Tierra primitiva ofrecen un modelo simple pero efectivo para entender cómo las primeras estructuras celulares pudieron haber sobrevivido y evolucionado en un entorno prebiológico.
El estudio sugiere que las gotas de coacervado estabilizadas por agua fresca podrían haber sido esenciales en la evolución temprana. Foto: Dall-e/Christian Pérez
Los científicos continúan explorando cómo estos modelos de protocélulas pudieron haber desempeñado un papel crucial en los primeros pasos hacia la vida. Si la hipótesis de los coacervados estabilizados por agua fresca es correcta, podría cambiar nuestra comprensión sobre los entornos donde la vida pudo haber comenzado y ofrecer pistas importantes para futuras investigaciones en astrobiología y el estudio de la vida en otros planetas.
La posibilidad de que el agua de lluvia haya sido un elemento clave en la formación de las primeras protocélulas es un avance emocionante en nuestra comprensión del origen de la vida. Este estudio no solo proporciona una explicación plausible de cómo los primeros compartimentos celulares pudieron haber sobrevivido en un entorno inestable, sino que también abre nuevas vías para investigar cómo las condiciones ambientales de la Tierra primitiva pudieron haber facilitado el surgimiento de la vida.
Referencias:
- Aman Agrawal et al., Did the exposure of coacervate droplets to rain make them the first stable protocells?. Sci. Adv. 10, eadn9657(2024). DOI:10.1126/sciadv.adn9657
