Hidrógeno, el elemento más abundante del universo, ¿primera fuente energética de la vida?

Desde el descubrimiento de las fumarolas hidrotermales submarinas hace unos 40 años, estos reactores químicos naturales han atraído la atención de los investigadores evolutivos que buscan el origen de la vida. Las fumarolas emiten agua caliente que contiene minerales, incluidas sustancias químicas simples pero reactivas como el gas de hidrógeno (H2) y el dióxido de carbono (CO2). Escenarios como este podrían haber conducido a las primeras reacciones bioquímicas y, por lo tanto, a la aparición de las primeras células vivas.

El punto de partida de dicho metabolismo primitivo de los primeros microorganismos es el dióxido de carbono y el hidrógeno. Los microbios que viven de estas sustancias primero convierten los dos gases en variedades de ácido fórmico (formiatos), acetato y piruvato (sales de ácido acético y ácido pirúvico). Luego los usan para fabricar todo su material orgánico a través de una densa hoja de ruta de reacciones complicadas. El equipo internacional de Martina Preiner, química del Instituto de Evolución Molecular adscrito a la Universidad Heinrich-Heine en Dusseldorf, Alemania, ha demostrado que estos componentes básicos de la vida emergen por sí mismos en un entorno de laboratorio cuando se deja que el H2 y el CO2 reaccionen en presencia de minerales simples en condiciones hidrotermales.

El equipo de Preiner ha simulado estas reacciones muy simples en un entorno de laboratorio. Ella y sus colegas han podido demostrar que el H2 y el CO2 se organizan en formiato, acetato y piruvato en muy poco tiempo a temperaturas de 100 grados centígrados, siempre que estén presentes algunos catalizadores minerales simples, catalizadores que se forman en las fumarolas hidrotermales. Preiner destaca el hecho de que no se necesita metabolismo microbiano. "Estas reacciones químicas son sorprendentemente simples. Los principales productos creados son exactamente los utilizados por las primeras células como base para su metabolismo adicional".

Una fumarola hidrotermal en el fondo del Océano Atlántico. (Foto: Susan Lang, U. of SC. / NSF / ROV Jason / 2018 © Woods Hole Oceanographic Institution)

Los orígenes de la vida conducen a un problema del tipo planteado por la conocida pregunta de lógica "¿Qué surgió antes, el huevo o la gallina?". Además de las reacciones simples de CO2-H2, las células deben formar una gran cantidad de módulos más complejos para crecer y funcionar. Las células modernas generalmente presentan proteínas como catalizadores, cuya construcción está codificada en los genes. Pero, ¿qué apareció primero, las proteínas o los ácidos nucleicos? El estudio ahora publicado sugiere que fueron precedidos en la evolución por reacciones catalizadas mediante minerales, y que tanto las proteínas como los ácidos nucleicos surgieron de esas reacciones. Los metales que se encuentran en las proteínas modernas serían reliquias de aquel amanecer bioquímico. (Fuente: NCYT Amazings)