¿Las primeras células de la vida evolucionaron en piscinas geotérmicas?


La Tierra comenzó como un lugar violento, su superficie batida por continuas erupciones volcánicas y envuelta en una atmósfera que habría sido venenosa para las formas de vida de hoy. Además, la delgada atmósfera primitiva puede haber brindado una escasa protección contra el áspero resplandor ultravioleta del joven sol. Dadas

La Tierra comenzó como un lugar violento, su superficie batida por continuas erupciones volcánicas y envuelta en una atmósfera que habría sido venenosa para las formas de vida de hoy. Además, la delgada atmósfera primitiva puede haber brindado una escasa protección contra el áspero resplandor ultravioleta del joven sol. Dadas estas condiciones inhóspitas, los científicos se han preguntado durante mucho tiempo: ¿Cómo llegaron a ser las primeras células hace casi cuatro mil millones de años?

La sabiduría científica convencional sostiene que la vida surgió en el mar. Pero un nuevo estudio sugiere que las primeras células, o al menos las que dejaron a los descendientes todavía existentes, tuvieron su inicio en piscinas geotérmicas, como las que se ven en el Parque Nacional Yellowstone y otros puntos calientes geológicos en la actualidad. El argumento se basa en una observación indiscutible: las enzimas comunes a todas las arqueas y bacterias se crean a partir de potasio, fósforo o zinc, no de sodio.

Algunos biólogos sospechan que las membranas de las formas de vida tempranas aún no eran las cubiertas ajustadas que son hoy en día, y en su lugar habrían permitido que las moléculas pequeñas y los iones fluyan dentro y fuera libremente. Si surgiera la vida en el mar salado, entonces se podría esperar que las primeras células y sus parientes vivos tengan enzimas elaboradas a partir de abundante sodio, o al menos que toleren más sodio internamente. Las arqueas y bacterias modernas en cambio poseen un fluido interno bajo en sodio, y las enzimas creadas a partir de otros elementos sugieren que surgieron en un ambiente rico en tales elementos y relativamente libre de sodio. "Si las primeras membranas tenían una fuga de moléculas e iones pequeños, entonces el interior de las primeras células debería haber estado en equilibrio con su entorno", explica el biofísico Armen Mulkidjanian de la Universidad de Osnabrück en Alemania, autor principal del artículo que presenta Hipótesis publicada en línea el 13 de febrero en Actas de la Academia Nacional de Ciencias . "Al reconstruir la química inorgánica del citoplasma, podría ser posible reconstruir los hábitats donde podrían vivir las primeras células".

El equipo observó que la mayoría de las células modernas mantienen una alta proporción de iones de potasio a iones de sodio. "Buscamos en todo el lugar las condiciones y los procesos que conducirían al enriquecimiento [del potasio]", dice Mulkidjanian. Los únicos lugares de este tipo que existen hoy en día son los llamados sistemas geotérmicos "dominados por el vapor": lugares donde el agua, calentada en lo profundo de la Tierra hasta que se convierte en vapor, llega a la superficie, se enfría y se condensa de nuevo en depósitos de líquidos enriquecidos de manera elemental. El vapor geotérmico condensado en estas piscinas puede tener proporciones de iones de potasio a sodio de hasta 75 a 1, y es rico en los otros elementos de la vida que han sido lixiviados de la roca por el agua caliente. Así, Mulkidjanian y sus colegas argumentan que pueden haber sido los "criaderos" de las primeras células.

El argumento coincide con una sugerencia tal vez profética de Charles Darwin en una carta de 1871: "Pero si (y oh, qué grande si) pudiéramos concebir en un pequeño estanque cálido con todo tipo de amoniaco y sales fosfóricas, luz, calor, electricidad, etc. Presente que un compuesto proteico se formó químicamente, listo para sufrir cambios aún más complejos ". El premio Nobel y genetista Jack Szostak de la Universidad de Harvard también ha argumentado que las primeras células probablemente tenían membranas con fugas y que los océanos primitivos no eran un entorno favorable para el origen de la vida.

Proto-células con fugas en el mar, Mulkidjanian y sus colegas señalan, tendrían una exposición mucho mayor al sodio que al potasio, incluso cerca de respiraderos hidrotermales en el fondo del océano, lo que dificulta mantener cualquier desequilibrio entre los dos. Pero eso no significa que las células necesariamente surgieran en un ambiente rico en potasio. De hecho, las áreas geotérmicas en el mundo moderno son generalmente muy ácidas y, por lo tanto, mortales. "Todavía podría ser que las células evolucionaron la capacidad de generar y mantener una alta proporción de [potasio a sodio] en su citoplasma por razones funcionales", señala Szostak. "La pregunta básica es si la alta proporción de K-Na observada refleja el entorno histórico en el que la vida se originó o experimentó una evolución temprana, o en cambio refleja alguna necesidad química subyacente, como el mejor funcionamiento de ciertos componentes celulares".

Además, la vida comenzó en una Tierra que puede no tener masas terrestres de tamaño continental, sino más bien una serie de archipiélagos formados por volcanes, muy parecidos a las islas de Japón en la actualidad. Como resultado, el ciclo del agua en estas áreas puede haber sido muy diferente, señala el químico marino Jeffrey Bada, del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California, San Diego.

Y luego está el hecho de la evolución misma. La vida celular ha cambiado la composición de su fluido interno, el citosol, innumerables veces a lo largo de los eones, y las formas de vida de hoy en día exhiben una amplia variedad de composiciones. "¿No es al menos igual de probable que hayan modificado sus composiciones citosólicas para adaptarse a su funcionamiento citosólico una vez que tuvieron control sobre este proceso, lo que hacen todas las células modernas?" pregunta el geoquímico Jim Cleaves de la Institución Carnegie de Washington. "Cualquier ambiente moderno que coincida con esta composición sería pura coincidencia". De hecho, Cleaves sostiene que puede ser imposible saber cómo fue la vida temprana, o incluso el primer ancestro común universal de la vida, dada toda la evolución intermedia. Es como intentar "inferir un ábaco de una PC moderna", señala. "Es posible que pueda inferir un TRS-80, pero luego todo se vuelve un poco confuso y puede que no haya restos de las etapas intermedias de la evolución biológica".

Pero la vida ha preservado algunas cosas a lo largo de más de tres mil millones de años de evolución: por ejemplo, el blindaje de las enzimas y otras funciones celulares internas del oxígeno para permitirles operar. Por supuesto, la atmósfera de la Tierra primitiva carecía de oxígeno, en cambio, era rica en otros gases, como el sulfuro de hidrógeno. "Este es el mismo olor que puedes encontrar en un viaje al Parque Nacional de Yellowstone, donde [el sulfuro de hidrógeno] se filtra de las ollas de barro, los géiseres y otros sitios de salida subterráneos", señala Mulkidjanian. Las primeras células evolucionaron en tal lugar y "su progenie llevó la afinidad a tal ambiente de la célula madre a la célula hija a través de los últimos tres mil millones de años".