Moléculas prebióticas
ResumenEl origen de la vida en la Tierra sigue siendo un problema científico sin explicación. Este problema es matizado en sus detalles prácticos y en la forma en que las explicaciones intentadas se retroalimentan con preguntas y desarrollos en otras áreas de la ciencia, incluyendo la astronomía, la biología y la ciencia planetaria. La química prebiótica intenta abordar esta cuestión desde el punto de vista teórico, experimental y observacional. La facilidad de formación de compuestos bioorgánicos en condiciones prebióticas plausibles sugiere que estas moléculas estaban presentes en el entorno terrestre primitivo. Además de la síntesis en la atmósfera y los océanos primigenios de la Tierra, es probable que la caída de cometas, meteoritos y partículas de polvo interplanetario, así como la síntesis en respiraderos hidrotermales submarinos, hayan contribuido a la evolución orgánica prebiótica. La sopa orgánica primigenia puede haber sido bastante compleja, pero es probable que no incluyera todos los compuestos que se encuentran en los organismos modernos. Independientemente de su origen, los compuestos orgánicos tendrían que haberse concentrado y complejizado mediante mecanismos ambientales. Aunque esta revisión no es en absoluto exhaustiva, en ella se repasan muchas de las cuestiones fundamentales del estado actual de la química prebiótica.
La química prebiótica y el origen de la vida
Varias teorías sobre el origen de la vida han ganado amplia aceptación, encabezadas por la sopa primordial, la evolución química, el metabolismo primero y el mundo del ARN. Sin embargo, mientras que las teorías nuevas y las ya existentes a menudo abordan un paso clave, se presta menos atención a un continuo abiogénico completo que conduzca al último ancestro común universal. Aquí presento la hipótesis de la “síntesis minimotif” que unifica teorías selectas sobre el origen de la vida con pasos nuevos y revisados. La hipótesis se basa en los primeros principios, en el concepto de selección en escalas temporales largas y en una progresión escalonada hacia la complejidad. Los pasos principales son el origen termodinámico de la especificidad molecular existente a partir de la sopa primordial, que conduce a la aparición de catalizadores peptídicos, y una diversificación catalítica cíclica de compuestos y péptidos en la sopa primordial. A esto le sigue la replicación degenerada y semiparcialmente conservadora de los péptidos para transmitir los conocimientos catalíticos a las protocélulas progenitoras. En algún momento de esta progresión, la aparición del ARN y la selección podrían conducir a la separación de las funciones catalíticas y genéticas, permitiendo a los péptidos y proteínas penetrar en el espacio catalítico, y al ARN codificar una transferencia de información de mayor fidelidad. La traducción puede haber surgido de la organización impulsada por la plantilla de ARN y la ligadura sucesiva de aminoácidos activados como predecesora de la traducción.
Condiciones de la Tierra prebiótica
La evolución prebiótica es la etapa que se supone tuvo lugar antes de la aparición de las primeras entidades vivas, durante la cual se produjo la síntesis abiótica de monómeros, oligómeros y sistemas supramoleculares que condujo al hipotético mundo del ARN. En esta Perspectiva, se compara el éxito de la síntesis de compuestos orgánicos de tipo Miller-Urey de una sola olla con las síntesis multipot desarrolladas en el marco de la química de sistemas, que intenta demostrar que el ARN podría haberse formado directamente en el entorno primitivo. También se aborda la importancia prebiótica del ordenamiento en cristal líquido de los oligómeros de ácido nucleico y de los ensamblajes autoorganizados de ARN y ADN que se forman en ausencia de membranas o matrices minerales.
Evolución prebiótica
Las etapas del origen de la vida van desde las bien comprendidas, como la Tierra habitable y la síntesis abiótica de moléculas simples, hasta las más desconocidas, como la derivación del último ancestro común universal (LUCA) con sus complejas funcionalidades moleculares[1].
En biología, la abiogénesis (de a- ‘no’ + griego bios ‘vida’ + génesis ‘origen’) o el origen de la vida es el proceso natural por el que la vida ha surgido a partir de materia no viva, como los compuestos orgánicos simples. La hipótesis científica predominante es que la transición de entidades no vivas a entidades vivas en la Tierra no fue un acontecimiento único, sino un proceso de complejidad creciente que implicó la formación de un planeta habitable, la síntesis prebiótica de moléculas orgánicas, la autorreplicación molecular, el autoensamblaje, la autocatálisis y la aparición de las membranas celulares. Se han hecho muchas propuestas para las distintas etapas del proceso.
El estudio de la abiogénesis pretende determinar cómo las reacciones químicas anteriores a la vida dieron lugar a la vida en condiciones sorprendentemente diferentes a las de la Tierra actual. Utiliza principalmente herramientas de la biología y la química, y los enfoques más recientes intentan una síntesis de muchas ciencias. La vida funciona gracias a la química especializada del carbono y el agua, y se basa en gran medida en cuatro familias clave de sustancias químicas: los lípidos para las membranas celulares, los hidratos de carbono como los azúcares, los aminoácidos para el metabolismo de las proteínas y los ácidos nucleicos ADN y ARN para los mecanismos de la herencia. Cualquier teoría exitosa de la abiogénesis debe explicar los orígenes y las interacciones de estas clases de moléculas. Muchos enfoques de la abiogénesis investigan cómo llegaron a existir las moléculas autorreplicantes o sus componentes. En general, los investigadores piensan que la vida actual desciende de un mundo de ARN, aunque otras moléculas autorreplicantes pueden haber precedido al ARN.