Antes de que comenzara la vida en la Tierra, el medio ambiente probablemente contenía una gran cantidad de productos químicos que reaccionaban entre sí de forma más o menos aleatoria, y no está claro cómo la complejidad de las células pudo haber surgido de tal caos químico. Ahora, un equipo dirigido por Tony Z. Jia en el Instituto de Tecnología de Tokio y Kuhan Chandru de la Universidad Nacional de Malasia ha demostrado que los α-hidroxiácidos simples, como el ácido glicólico y láctico, polimerizar espontáneamente y autoensamblar en microgotas de poliéster cuando se seca a temperaturas moderadas seguido de rehidratación. Esto podría ser lo que sucedió a lo largo de playas primitivas y riberas de ríos, o en charcos de secado. Estos forman un nuevo tipo de compartimento similar a una célula que puede atrapar y concentrar biomoléculas como ácidos nucleicos y proteínas. Estas gotitas a diferencia de la mayoría de las células modernas, pueden fusionarse y reformarse fácilmente, y por lo tanto podría haber albergado sistemas genéticos y metabólicos tempranos y versátiles potencialmente críticos para los orígenes de la vida.

Toda la vida en la Tierra está formada por células. Las células están compuestas de lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, con el lípido formando la membrana celular, un gabinete que mantiene los otros componentes juntos e interactúa con el medio ambiente, intercambiando comida y desperdicios. Sigue siendo un misterio cómo se formaron ensamblajes moleculares tan complejos como las células originalmente.

La mayoría de las investigaciones sobre los orígenes de la vida se centran en cómo las moléculas y estructuras de la vida fueron producidas por el medio ambiente, y luego ensamblados en estructuras que condujeron a las primeras celdas. Sin embargo, Probablemente hubo muchos otros tipos de moléculas que se formaron junto con biomoléculas en la Tierra primitiva, y es posible que la vida haya comenzado a usar una química muy simple que no está relacionada con las biomoléculas modernas, luego evolucionó a través de etapas cada vez más complejas para dar lugar a las estructuras que se encuentran en las células modernas.

El trabajo anterior realizado en ELSI mostró que el secado a temperatura moderada de los compuestos orgánicos simples conocidos como alfa-hidroxiácidos, que se encuentran en meteoritos y muchas simulaciones de química prebiológica, los polimeriza espontáneamente en mezclas de poliésteres largos. Sobre la base de este trabajo, Jia y sus colegas dieron el siguiente paso y examinaron estas reacciones bajo el microscopio, y descubrió que estos sistemas de poliéster mixto forman una fase de gel y se autoensamblan espontáneamente cuando se vuelven a humedecer para formar estructuras similares a células simples.

El aspecto más desafiante de este trabajo fue idear nuevos métodos para caracterizar las propiedades y funciones de las gotas, ya que nadie había analizado estos sistemas antes. Jia señaló que el equipo tuvo la suerte de tener tal diversidad de experiencia multidisciplinaria, incluidos los químicos, bioquímicos, científicos y geólogos de materiales. Después de determinar su composición y demostrar su propensión a autoensamblarse, la siguiente pregunta era si estas estructuras parecidas a células podrían hacer algo químicamente útil. Las membranas celulares modernas realizan muchas funciones cruciales que ayudan a mantener la célula, por ejemplo, reteniendo macromoléculas y metabolitos en un solo lugar, además de proporcionar un entorno interno constante, que puede ser muy diferente al que está fuera de la celda. Primero midieron qué tan estables eran estas estructuras y descubrieron que podían persistir durante períodos muy largos dependiendo de las condiciones ambientales. pero también podría fusionarse y fusionarse.

Luego probaron la capacidad de estas estructuras para secuestrar moléculas del medio ambiente y descubrieron que acumulaban grandes moléculas de colorante en un grado notable. Luego demostraron que estas gotitas también podrían albergar moléculas de ARN y proteínas y aún permitirles ser funcionalmente catalíticas. Más lejos, el equipo demostró que las gotitas podrían ayudar en la formación de una capa de lípidos en su superficie, sugiriendo que podrían haber ayudado a andamiar la formación de protoceldas.

Jia y sus colegas no están seguros de que estas estructuras sean los antepasados ​​directos de las células, pero creen que es posible que tales gotas hayan permitido el ensamblaje de protoceldas en la Tierra. El nuevo sistema de compartimentación que han encontrado es extremadamente simple, ellos notan, y podría formarse fácilmente en entornos primitivos en todo el universo. Dice Jia, "Esto nos permite imaginar sistemas no biológicos en la Tierra primitiva que todavía podrían haber influido en los orígenes de la vida. Esto sugiere que puede haber muchos otros sistemas no biológicos que deberían ser el objetivo de futuras investigaciones de este tipo". Él piensa que el desarrollo de estos o sistemas modelo similares podría permitir un mejor estudio de la evolución de diversos sistemas químicos representativos de las químicas complejas que probablemente se encuentren en los cuerpos planetarios primitivos.

"La Tierra primitiva era sin duda un lugar desordenado químicamente, "Jia explica, "Y a menudo, la mayoría de los estudios sobre los orígenes de la vida se centran en biomoléculas modernas en condiciones relativamente "limpias". Quizás sea importante tomar estas mezclas 'desordenadas' y ver si hay funciones o estructuras interesantes que puedan surgir de ellas de manera espontánea ". Los autores ahora piensan que al aumentar sistemáticamente la complejidad química de tales sistemas, podrán observar cómo evolucionan con el tiempo y posiblemente descubrir propiedades divergentes y emergentes.

"Tenemos este nuevo sistema experimental con el que ahora podemos jugar, para que podamos empezar a estudiar fenómenos como la evolución y la capacidad de evolución de estas gotitas. Las posibles combinaciones de estructuras o funciones que pueden tener estas gotitas son casi infinitas. Si las reglas físicas que gobiernan la formación de gotitas son de naturaleza bastante universal, luego esperamos estudiar sistemas similares para descubrir si también pueden formar microgotas con propiedades novedosas, "agrega Jia.

Finalmente, mientras que el equipo se centra actualmente en comprender los orígenes de la vida, señalan que esta investigación básica podría tener aplicaciones en otras áreas, por ejemplo, entrega de medicamentos y medicina personalizada. "Este es solo un ejemplo maravilloso de las formas inesperadas en que los proyectos pueden desarrollarse cuando un equipo de diversos científicos de todo el mundo se reúne para tratar de comprender fenómenos nuevos e interesantes, "dijo el miembro del equipo Jim Cleaves, también de ELSI.