La inesperada contribución de la Luna al surgimiento de vida en la Tierra

En el ámbito del origen de la vida, la hipótesis del “Mundo de ARN” sostiene que este tipo de ácido nucleico fue anterior al ADN y a las proteínas. Así, las formas de vida primitivas se habrían basado en moléculas de ARN capaces de almacenar información y de catalizar reacciones bioquímicas. Pero ese modelo plantea una gran incógnita: ¿cómo se formaron las primeras cadenas de ARN sin la ayuda de moléculas catalíticas (enzimas), y cómo pudieron replicarse de manera fiable, requisito imprescindible para su posterior evolución?

Una investigación reciente plantea un nuevo enfoque del origen y la replicación del ácido ribonucleico (ARN) en la Tierra primitiva desde la perspectiva de la teoría de la complejidad.

El estudio es obra de un equipo liderado desde el Centro de Astrobiología (CAB), que depende conjuntamente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), en España todas estas instituciones.

“El gran desafío conceptual y metodológico era entender cómo unas moléculas simples como los nucleótidos pudieron unirse para formar polímeros de ARN capaces de replicarse, dando así los pasos iniciales en el camino hacia la vida”, explica Carla Alejandre, primera firmante del estudio.

El equipo ha desarrollado un marco computacional llamado EarlyWorld, que no solo reproduce procesos físico-químicos donde los nucleótidos interaccionan con una superficie arcillosa en presencia de agua, sino que los concibe como parte de un sistema complejo en evolución. Utilizando herramientas de la teoría de la complejidad, los investigadores han modelado cómo la polimerización y replicación del ARN pudieron emerger de la interacción entre componentes simples (nucleótidos, arcillas, agua) sometidos a dinámicas fluctuantes.

“Hoy tenemos claro que el estudio científico del origen de la vida, en marcha desde el trabajo pionero de Oparin hace más de un siglo, requiere la coordinación de diversas disciplinas. Con este estudio hemos conectado la química prebiótica, la evolución molecular y la teoría de la complejidad para intentar arrojar luz sobre la red de interacciones que dio lugar al surgimiento de la vida en la Tierra, hace unos 4.000 millones de años”, señala Jacobo Aguirre, coordinador de este trabajo y del Grupo de Complejidad y Astrobiología del CAB.

Mareas que impulsaron la vida

El hallazgo más llamativo de este estudio es la demostración de que la eficiencia en la polimerización y replicación del ARN aumenta en ambientes que fluctúan, como los ciclos de inundación y desecación causados por mareas, frente a los que mantienen condiciones constantes. Además, se deduce que los periodos de oscilación más favorables para el aumento de la complejidad molecular coinciden con los de las mareas vivas, producidos por el alineamiento de la Luna, el Sol y la Tierra primitiva.

“Este trabajo muestra la importancia para el origen (u orígenes) de la vida de los medios heterogéneos, como podían ser los fondos de pequeños charcos cercanos a las costas. En ellos el agua, las sales minerales, las arcillas, los nucleótidos y las cadenas de ARN pudieron interaccionar de forma periódica gracias a la acción de las mareas vivas”, apunta Carlos Briones, coautor del estudio.

Los resultados de esta investigación sugieren que entornos oscilantes en la Tierra primitiva, como los fondos de charcos cercanos a las costas llenados regularmente por las mareas vivas, facilitaron la polimerización y replicación no enzimática del ARN en las interfases agua-arcilla de los diferentes compartimentos del mineral. (Imagen: CAB / INTA / CSIC)

¿Por qué el ARN actual tiene cuatro “letras”?

Otra aportación del trabajo es que compara distintos alfabetos genéticos posibles (con 2, 4 o hasta 6 nucleótidos), lo que resulta esencial para entender las capacidades del ARN como archivo de información heredable.

“Nuestro análisis muestra que el alfabeto de cuatro letras del ARN actual, con la flexibilidad de permitir pares de bases no canónicos como G-U, además de los canónicos A-U y G-C, ofrece el equilibrio óptimo entre velocidad de replicación y diversidad potencial de secuencias”, añade Adrián Aguirre-Tamaral, coautor del estudio.

Implicaciones para entender la vida dentro y fuera de la Tierra

Estos resultados no solo ayudan a reconstruir los primeros pasos de la protobiología terrestre, sino que también orientan la búsqueda de vida en otros planetas. Así, según este estudio la presencia de otras formas de vida fuera de nuestro sistema solar podría verse favorecida en planetas con grandes lunas, agua líquida, arcillas en su superficie y dinámicas fluctuantes.

“El origen de la vida no fue un hecho aislado y fortuito, sino el resultado de condiciones físico-químicas muy concretas que favorecieron el salto de la química a la biología. Comprender esa transición desde la perspectiva de la complejidad nos acerca a responder la pregunta de si estamos solos en el universo”, concluye Jacobo Aguirre.

El estudio se titula “Polymerization and replication of primordial RNA induced by clay-water interface dynamics”. Y se ha publicado en la revista académica Communications Chemistry. (Fuente: CAB / INTA / CSIC)