Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia pueden haber avanzado en ayudar a determinar el origen de la vida al identificar tres moléculas diferentes que se autoensamblan para formar una estructura molecular con características características del ARN moderno.

El ARN, o ácido ribonucleico, lleva a cabo las instrucciones codificadas en el ADN, pero también se cree que se desarrolló antes que el ADN. Muchos científicos creen que los ácidos nucleicos, el 'NA' del 'ARN', desempeñaron un papel clave en el origen de la vida. Una teoría popular llamada el 'mundo del ARN' sostiene que el ARN 'inventó' las proteínas y, finalmente, el ADN, pero eso plantea la pregunta, de donde vino el ARN? Algunos creen que un proceso químico o biológico desarrolló gradualmente una molécula anterior en ARN, mientras que otros lo atribuyen a algún tipo de actividad no enzimática, reacción geoquímica. Es un debate sobre la gallina o el huevo:¿qué proceso biológico podría producir un bloque de construcción central para la vida misma? Si el proceso no fue biológico, Entonces, ¿qué fue y cómo sucedió?

El nuevo estudio continúa con la tradición del experimento Miller-Urey de 1953, en el que dos científicos modelaron las condiciones de la Tierra primitiva con una mezcla de gases y una corriente eléctrica para simular un rayo. Ese experimento produjo aminoácidos, apoyando la idea de que las moléculas biológicas pueden emerger espontáneamente de las no biológicas en las circunstancias adecuadas. A pesar de ese hallazgo, el desafío de diseñar un escenario en el que reacciones no biológicas crean ARN ha resultado insuperable hasta ahora.

Los orígenes del ARN perdidos en las brumas del tiempo

Uno de los autores del estudio, el bioquímico Dr. Nicholas Hud, señala que los muchos criterios de formación de ARN a menudo significan que cuando los investigadores proponen una solución a un problema, surge un problema diferente (o dos). Los eslabones de la cadena de ARN, que se llaman nucleótidos, se componen de cuatro bases:adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U), así como un fosfato y un azúcar ribosa. Leslie Orgel, que fue un pionero de la idea de RNA World, describió la posibilidad de que el ARN evolucionara a partir de una molécula anterior, una "perspectiva sombría, "ya que dificultaría la resolución del origen del ARN. Los investigadores decidieron que era hora de enfrentar ese desafío.

Un nuevo análisis en 2008 del experimento de Miller-Urey revela la producción de muchas más moléculas no biológicas de lo que se pensaba anteriormente. que sustenta la hipótesis de los autores de que las moléculas necesarias para la vida existían en la Tierra prebiótica, pero debido a que no juegan un papel importante en la vida como la conocemos ahora, no hemos descubierto qué moléculas o qué funciones desempeñaron hace miles de millones de años.

Según Hud, esas moléculas eran "probablemente muy especiales porque las moléculas que conocemos no se comportan de manera que indiquen que pueden comenzar la vida". Esas moléculas también pueden contener respuestas a otras preguntas sobre los orígenes de la vida.

La evolución a ARN a partir de una molécula genética anterior, o proto-ARN, habría sido incremental, y cada nueva iteración habría sido compatible con versiones anteriores, "como que una computadora actualizada aún debe poder leer archivos de computadoras más antiguas, "Hud dice Revista de astrobiología . Hoy en día, el ARN y el ADN utilizan pares de bases unidos por enlaces de hidrógeno para transferir información. Por lo tanto, las moléculas que no forman pares de bases iguales o similares nunca habrían funcionado, lo que llevó a los investigadores a buscar "moléculas de emparejamiento de bases que se auto-seleccionarían o segregarían en la Tierra primitiva en algún tipo de estructura que las ayudaría a incorporarse en el proto-ARN, "dice Hud.

La búsqueda de las moléculas originales.

¿Cuáles fueron esas moléculas primordiales que formaron el antepasado del ARN? Para determinar esto, los investigadores estudiaron reacciones en condiciones que imitaban los ciclos de lluvia y evaporación en la Tierra primitiva. Después de muchos experimentos fallidos, identificaron tres candidatos moleculares para las bases del proto-ARN:ácido barbitúrico, melamina, y 2, 4, 6-triaminopirimidina. Las reacciones con estas moléculas y el azúcar ribosa produjeron nucleósidos, que son moléculas compuestas cercanas a las subunidades de ARN.

Mientras que los intentos anteriores de unir las bases actuales del ARN con la ribosa en las reacciones tempranas de la Tierra que se modelaron fracasaron, o produjo nucleósidos con rendimientos muy bajos, los investigadores midieron un rendimiento de nucleósidos del 82% con ácido barbitúrico. Adicionalmente, la melamina y las moléculas de triaminoprimidina formaron nucleósidos espontáneamente con rendimientos superiores al 50%. Dr. Niles Lehman, Profesor de Química en la Universidad Estatal de Portland y Editor en Jefe de la Revista de evolución molecular , cree que el estudio "proporciona más apoyo a la teoría del mundo del ARN al proporcionar una serie plausible de eventos que llevaron a la naturaleza del caos químico a una molécula de información de almacenamiento más definida".

Ese camino no está completamente claro pero está empezando a tomar forma. Según Hud, sus candidatos para las bases ancestrales del ARN son tentadoramente cercanos a los del ARN moderno. Sin embargo, es necesario que sucedan más.

"Parece que las moléculas que hemos identificado podrían haber funcionado en un sistema genético temprano, ", Dice Hud." Pero queremos moléculas lo suficientemente cerca como para que puedas imaginar un camino evolutivo en el que se conviertan en lo que tenemos hoy ". Si bien la plausibilidad demostrable representa un paso adelante, la pregunta sigue siendo si es posible encontrar, y luego confirmar, las moléculas de proto-ARN originales. Hud reconoce que, si bien la búsqueda puede parecer abrumadora, "la química es enorme, pero no infinito. Si aceptamos algunas suposiciones razonables sobre el antepasado del ARN, podemos descartar muchas posibilidades. Y tal vez podamos encontrarlo ". Este estudio representa un paso importante en ese camino.

Orígenes de la vida en otros lugares

Averiguar cómo se formó el ARN podría ayudar a guiar la búsqueda de vida extraterrestre. "Podemos obtener información valiosa sobre los problemas clave que deben superarse para que la vida surja de la no vida, "Lehman dice Revista de astrobiología .

Comprender cómo surge la vida podría ayudar a los científicos a determinar dónde y cómo buscar vida en otros lugares. Aminoácidos y compuestos químicos como cianuro de hidrógeno, que se ha detectado en cometas, podría dar lugar a bases de ARN, según Hud. Tal reacción sería "robusta, no es extraño ni extraordinario, ", dice. Procesos similares podrían estar en marcha en otros planetas y podrían apuntar a la química que los científicos deberían buscar al buscar las primeras etapas de la vida en otros lugares.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.