Antes de que surgiera la vida en la Tierra, hace unos 3.500 millones de años, los océanos eran una sopa de moléculas mezcladas al azar. Luego, de alguna manera, algunas de esas moléculas se organizaron en cadenas de ADN bien organizadas, paredes celulares protectoras y pequeñas estructuras similares a órganos capaces de mantener las células vivas y en funcionamiento. Pero la forma en que lograron esta organización ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Ahora, los biofísicos de la Universidad Ludwig-Maximilians en Munich creen que tienen una respuesta: burbujas.
Los inicios de la vida no fueron instantáneos. Las primeras moléculas precursoras se transformaron de alguna manera en los componentes básicos de la vida, como el ARN, el ADN, las sales y los lípidos. Luego, esas moléculas se organizaron para formar las primeras versiones tempranas de las células, que luego se convirtieron en los primeros organismos unicelulares.
"Esta es la base de todas las especies vivas", dijo a Live Science Dieter Braun de la Universidad Ludwig-Maximilians, autor principal del estudio.
Para que las células se formen, comience a replicarse y tome vida propia en la Tierra primordial, sin embargo, todas las partes químicas primero necesitaban unirse, dijo Braun.
En las profundidades del océano, donde muchos científicos piensan que la vida comenzó, pueden haber estado presentes moléculas como lípidos, ARN y ADN; pero aun así, habrían estado demasiado dispersos para que ocurriera algo interesante.
"Las moléculas se pierden. Se difunden", dijo Braun. "Las reacciones no ocurrirán por sí solas".
Los científicos coinciden en que era necesaria cierta fuerza para que las moléculas se agreguen y reaccionen entre sí, dijo Henderson Cleaves, químico del Instituto de Tecnología de Tokio, a Live Science. Los investigadores simplemente no están de acuerdo sobre cuál era esa fuerza.
Ahí es donde entran las burbujas.
Las burbujas estaban por todas partes en el paisaje marino temprano de la Tierra. Los volcanes cálidos de las profundidades marinas arrojaron plumas efervescentes. Esos orbes aireados, se asentaron en la roca volcánica porosa. Estas fueron las condiciones que Braun y sus colegas intentaron replicar. Crearon un recipiente a partir de un material poroso que imitaba la textura de la roca volcánica, luego lo llenaron, a su vez, con seis soluciones diferentes, cada una de las cuales modeló una etapa diferente en el proceso de formación de vida. Una solución, que representa un primer paso, contenía un azúcar llamado RAO, que habría sido necesario en la construcción de nucleótidos, los bloques de construcción de ARN y ADN. Otras soluciones, que representan las etapas posteriores, contenían ARN en sí, así como las grasas necesarias para construir las paredes celulares.
Luego, los investigadores calentaron la solución en un extremo y la enfriaron en el otro. Estaban creando algo llamado "gradiente térmico", en el cual la temperatura cambia gradualmente de un extremo a otro, de manera similar a como el agua cerca de las ventilas térmicas de aguas profundas cambia gradualmente de caliente a frío.
"Es como un micro océano", dijo Braun.
En cada solución, el cambio de temperatura obliga a las moléculas a agruparse, y gravitan hacia las burbujas que se forman naturalmente en estas condiciones. Casi de inmediato, comenzaron a reaccionar.
Los azúcares formaron cristales, una especie de esqueleto para los nucleótidos de ARN y ADN. Los ácidos formaron cadenas más largas, dando otro paso hacia la formación de moléculas complejas, similares a ARN. Finalmente, las moléculas se organizaron en estructuras que parecían células simples. En un sentido básico, dijo Braun, las células son moléculas encerradas en bolsas hechas de grasas. Eso es exactamente lo que sucedió en la superficie de sus burbujas: las grasas se organizaron en esferas alrededor del ARN y otras moléculas.
Lo más sorprendente para Braun y sus colegas, dijo, fue cuán rápido ocurrieron estos cambios, en menos de 30 minutos.
"Estaba asombrado", dijo. Aunque esta es la primera vez que él y sus colegas han analizado específicamente las burbujas, los investigadores han intentado previamente replicar cómo estas moléculas biológicas sufren las complejas reacciones necesarias para la vida. Normalmente, dijo, estas reacciones toman horas.
Algunos químicos son escépticos, sin embargo, que las burbujas de Braun son una representación precisa del entorno primordial. Braun y sus colegas sembraron su solución con muchas de las moléculas complejas necesarias para la vida. Incluso sus soluciones más simples todavía representaban etapas posteriores del proceso de formación de vida, dijo a Live Science Ramanarayanan Krishnamurthy, químico de la Institución Scripps de Oceanografía que no participó en el estudio. Eso es un poco como hornear un pastel con una mezcla de caja, en lugar de comenzar desde cero.
En contraste, los antiguos océanos pueden no haber tenido las condiciones adecuadas para formar estas moléculas iniciales, dijo Krishnamurthy.
Además, el experimento de la burbuja tuvo lugar a pequeña escala. Eso es importante, porque significa que el cambio de temperatura de un extremo de la prueba al siguiente fue muy brusco. En realidad, los gradientes térmicos debajo del océano son más graduales, dijo Cleaves.
Aún así, Braun argumentó que hay algunas razones por las cuales las burbujas podrían ser el lugar ideal para el comienzo de la vida. Primero, proporcionan una interfaz perfecta entre el aire y el agua. Sin aire, muchas de las reacciones necesarias para la vida no podrían suceder. Por ejemplo, la fosforilación, una reacción que permite que las moléculas pequeñas formen cadenas moleculares complejas, tiene que ocurrir en condiciones al menos parcialmente secas. Dentro de las burbujas, eso no es un problema; Aunque son pequeñas, las burbujas proporcionan el ambiente perfecto para que estas reacciones se sequen, al menos temporalmente.
Pero hay otro papel importante que pueden jugar las burbujas: crean orden. En aguas tranquilas, las moléculas típicamente se extienden sin una disposición particular. Sin embargo, las burbujas dan a las moléculas, y tal vez el comienzo de la vida, algo a lo que aferrarse en un mundo caótico.
