Al sostener una mano derecha frente a un espejo, uno puede ver una imagen reflejada de una mano izquierda y viceversa. En 1848, Louis Pasteur descubrió que las moléculas orgánicas son muy parecidas a nuestras manos:vienen en pares de imágenes especulares de variantes para zurdos y para diestros. Hoy en día, sabemos que esta lateralidad o quiralidad (de la palabra griega para "mano") es un sello distintivo de las moléculas orgánicas.

Las moléculas orgánicas son ricas en átomos de carbono, que forman enlaces para crear una "nanomano" derecha o izquierda. Sin embargo, sorprendentemente, la vida casi siempre selecciona usar exclusivamente uno de los dos gemelos de imagen especular, un fenómeno llamado homoquiralidad. Por ejemplo, la vida terrestre se basa en aminoácidos levógiros y azúcares levógiros.

Si bien se sugirieron muchas explicaciones, cómo y por qué surgió la homoquiralidad sigue siendo un enigma. La ruptura de la simetría quiral, que es un fenómeno en el que una mezcla de proporciones 50-50 de moléculas levógiras y levógiras se aparta para favorecer una sobre la otra, es de gran interés para la investigación en bioquímica. Comprender el origen de la homoquiralidad es muy importante para investigar el origen de la vida, así como aplicaciones más prácticas como la síntesis de moléculas de fármacos quirales.

Ahora, un modelo propone una explicación novedosa para el surgimiento de la homoquiralidad en la vida, un enigma de larga data sobre el origen de la vida en la Tierra.

Se cree ampliamente que la vida se originó en hábitats ricos en fuentes de energía, como los respiraderos hidrotermales en las profundidades de los océanos primordiales. Teniendo en cuenta los posibles escenarios primordiales de la Tierra, la profesora Tsvi Tlusty y el Dr. William Piñeros del Centro de Materia Blanda y Viva del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, imaginaron una red compleja de reacciones químicas que intercambian energía con el medio ambiente. Cuando el equipo usó un modelo matemático y un sistema de simulación para emular una solución bien agitada de diferentes elementos químicos en un recipiente, sorprendentemente descubrieron que tales sistemas tienden naturalmente a romper la simetría del espejo molecular.

La homoquiralidad emerge espontáneamente en las redes químicas prebióticas que se adaptan para optimizar la recolección de energía del medio ambiente. Anteriormente, se creía que la ruptura de la simetría quiral requiere múltiples bucles de autocatálisis, lo que produce cada vez más un enantiómero de una molécula mientras inhibe la formación del otro. Sin embargo, los resultados del equipo de IBS mostraron que el mecanismo subyacente de ruptura de simetría es muy general, ya que puede ocurrir en grandes sistemas de reacción con muchas moléculas aleatorias y no requiere arquitecturas de red sofisticadas. Se descubrió que esta fuerte transición a la homoquiralidad se deriva de la autoconfiguración de la red de reacción para lograr una recolección más eficiente de energía del medio ambiente.

El modelo desarrollado por Piñeros y Tlusty mostró que los sistemas de alta disipación y grandes diferencias de energía son más propensos a inducir la ruptura de la simetría quiral. Además, los cálculos revelaron que tales transiciones son casi inevitables, por lo que es razonable creer que pueden ocurrir genéricamente en sistemas de reacciones químicas aleatorias. Por lo tanto, el modelo basado en la optimización de la recolección de energía demostrado por el grupo explica cómo la homoquiralidad podría haber surgido espontáneamente del entorno duro y rico en energía del primitivo planeta Tierra.

El mecanismo propuesto de ruptura de simetría es general y puede aplicarse a otras transiciones en la materia viva que conducen a una mayor complejidad.

Además, el modelo propone un mecanismo general que explica cómo la complejidad de un sistema puede crecer a medida que se adapta mejor para explotar un entorno variable. Esto sugiere que la ruptura de la simetría quiral es un sello inherente de cualquier sistema complejo (como la vida) que es capaz de configurarse para adaptarse a un entorno. Además, estos hallazgos pueden explicar las rupturas de simetría espontáneas en procesos biológicos mucho más complejos, como la diferenciación celular y la aparición de nuevos genes.

Este estudio fue publicado en la revista Nature Communications . + Explora más

La química prebiótica desordenada puede ser clave para la vida homoquiral