Este simple mecanismo pudo haber sido clave en el desarrollo de la vida

Gotas individuales bajo un microscopio de fluorescencia. Crédito: Marta Tena-Solsona / TUM

La cuestión del origen de la vida sigue siendo una de las preguntas científicas más antiguas aún sin responnesta más antiguas. Lo que está claro es que sin energía, las células no pueden moverse, dividirse o mantener sus funciones básicas, como la producción de proteínas simples. Si falta energía, las conexiones más complejas se desintegran rápidamente, y en los primeros años de vida se extinguirían inmediatamente.

Ahora, un equipo de la Universidad Técnica de Munich (TUM, Alemania) ha demostrado por primera vez que la separación de fases es una forma extremadamente eficiente de controlar la selección de componentes químicos y proporcionar ventajas a ciertas moléculas. La transición de fase es un proceso físico mediante el cual una sustancia cambia de un estado físico a otro. Por ejemplo, la congelación de agua en hielo (líquido a sólido) o el calentamiento de agua para generar vapor de agua (de líquido a gas).

Las células tienen que organizar su bioquímica compleja para regular su metabolismo y responder a los cambios en el medio ambiente. Tradicionalmente, la organización intracelular se ha asociado con compartimentos que están rodeados por membranas lipídicas. Sin embargo, en los últimos años, las transiciones de fase han surgido como una nueva forma de organización celular.

El equipo, que publica sus conclusiones en Nature Communications, ha logrado utilizar este proceso para encontrar un mecanismo en las moléculas simples que permite que las moléculas extremadamente inestables, como las que se encuentran en la sopa primordial, tengan un mayor grado de estabilidad. Podrían sobrevivir más tiempo, incluso si tuvieran que pasar un período sin suministro de energía externa.

El principio de simplicidad

Para entender el principio de la separación de fases, el investigador principal, Job Boekhoven, lo explica con una analogía: "Imagina un automóvil viejo y oxidado. Déjalo afuera bajo la lluvia, y continúa oxidándose y descomponiéndose porque el óxido agudiza el agua. Ponlo en el garaje y deja de oxidarse, porque lo separas de la lluvia. En cierto modo, ocurre un proceso similar en el experimento de sopa primordial. Dentro de la gota de aceite (que sería el garaje) con las moléculas de anhídrido de cadena larga no hay agua, por lo que sus moléculas sobreviven más tiempo. Si las moléculas compiten entre sí por energía, las que pueden protegerse formando gotas de aceite tienen más probabilidades de sobrevivir, mientras que sus competidores se hidrolizan".

Según los autores, su pensamiento inicial fue que lo más probable es que las moléculas fueran simples en la sopa primordial. Así que, partiendo de ahí, investigaron qué sucedió cuando alimentaron varias moléculas de ácido carboxílico con agentes de condensación de carbodiimida de alta energía, que las desiquilibraba. 

La reacción produjo anhídridos inestables. En su mayoría, estos productos no equilibrados se desintegran rápidamente en ácidos carboxílicos de nuevo. Los científicos demostraron que los anhídridos que sobrevivieron más tiempo fueron aquellos que podrían formar una especie de gota de aceite en el ambiente acuoso.

Izquierda: solución clara, derecha: solución acuosa, nublada por gotas de aceite ultrafinas. /A. Battenberg / TUM)

El efecto también se puede ver externamente: la solución inicialmente clara se volvió lechosa. La falta de agua en las gotas de aceite confiere protección, porque los anhídridos necesitan agua para desintegrarse en ácidos carboxílicos.

Dado que el mecanismo de separación de fases es tan simple, los investigadores apuntan que quizá pueda extender a otros tipos de agregaciones moleculares con propiedades reales, como ADN, ARN o vesículas autodivididas. 

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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