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Un estudio que relaciona el origen de la vida con la termodinámica y la geoquímica podría desvelar si hay más vida en el Universo


 

El trabajo elaciona el procedimiento por el que las células humanas consumen la energía con la serpentinización sucedida en el fondo oceánico en el periodo Hadeano.

¿Existe la vida en algún otro lugar o es nuestro planeta único, lo que nos convertiría en los únicos pobladores del Universo? Una parte importante del trabajo que ha desarrollado durante estos años la NASA, en colaboración con otras instituciones investigadoras, está dirigido a encontrar respuestas para esta pregunta. Una nueva, y potencialmente comprobable, teoría sobre cómo surgió la vida en la Tierra, que fue avanzada hace más de 25 años por el investigador del Planetary Chemistry and Astrobiology del Jet Propulsion Laboratory de la NASA Michael Russell, ha sido llevada ahora más lejos por un estudio publicado en Philosophical Transactions of the Royal Society B (PTRSL-B).

El trabajo ha sido liderado por Wolfgang Nitschke, del National Center for Scientific Research de Marsella, y por Elbert Branscomb, miembro afiliado del Institute for Genomic Biology (IGB) de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Esta investigación recién conocida, junto a otra adicional de Russell y Nitschke aparecida en el mismo número de esta prestigiosa publicación, avanza los datos de la hipótesis y la deja sustancialmente cerca de su fase de experimentación en test. Este nuevo estadio está todavía en proceso de puesta en marcha por Russell y sus colaboradores, quienes están trabajando en el desarrollo de sistemas de modelos experimentales que puedan recrear, y testar, los principios esenciales de la teoría. “Por supuesto –confirma Branscomb- lo que pretendemos conocer es cómo llegó a generarse la vida en nuestro planeta. Llegar a alcanzar esta respuesta nos permitiría conocer qué es realmente necesario para desatar la transición de la no-vida a la vida y, de ese modo, saber bajo qué condiciones y con qué probabilidad este proceso podría suceder de nuevo en otro lugar”.

De forma muy destacada, la teoría de Russell ofrece explicaciones potenciales para varios aspectos desconcertantes acerca de cómo funciona la vida, incluyendo, por ejemplo, como accede y explota las fuentes energéticas. Este extraño proceso de conversión de energía trabaja empleando fuentes suplementarias externas de energía para bombear un montón de protones más hacia adentro de una de las caras de una membrana biológica que de la otra, y luego recogiéndolos en la ‘cuesta abajo’ inmediatamente posterior, pero sólo a través de un mecanismo parecido a una turbina molecular que crear un combustible químico llamado ATP, que las células queman para brindar energía a sus procesos vitales.

Este proceso podría ser exactamente paralelo al funcionamiento de la generación hidroeléctrica de la energía eléctrica si alguna otra fuente de energía fuera la primera en bombear el agua hasta lo alto de una colina situada detrás la presa, y después la dejara correr hasta las turbinas. La pregunta es, ¿porque se emplea este proceso tan extraño y aparentemente ineficiente?

 


Elbert Branscomb, líder del estudio, es miembro del Institute for Geonomic Biology de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaing. Imagen cortesía de Kathryn Coulter. Institute for Genomics.


La teoría de Russell sugiere una respuesta: cuando la vida comenzó era innecesario bombear protones, ya que el gradiente de los protones ya estaba ahí para cuando fuera necesario hacer uso de ellos. La tesis contempla la llegada de la vida a los seres vivos como una consecuencia física natural de un proceso geoquímico, sucedido en el periodo Hadeano de hace más de 4.000 millones de años y denominado serpentinización, que produce, libremente, la mayoría de los componentes del sistema: compartimentos como los celulares, rodeados de membranas, la correcta y diferente concentración de protones entre el interior y el exterior de esas membranas minerales, y la primitiva forma del motor de la turbina necesario para la molécula de ATP, directamente inspirada en las formas minerales.

El proceso de serpentinización sucede cuando el agua cae en grietas calientes de la nueva corteza oceánica, donde reacciona químicamente con los minerales de la roca, en un proceso que genera un vertido extremadamente alcalino (pH-13), rico en hidrógeno, metano y el metal molibdeno, tan importante como catalizador de la vida. Este vertido es conducido entonces de vuelta a la superficie donde, tanto en océano como en la tierra temprana, contacta con ácidos más fríos (-pH 5.5) y agua rica en CO2 para crear precipitaciones que forman torres submarinas con forma de chimenea.

Estas precipitaciones están altamente estructuradas con una miríada de compartimentos como los de las células, rodeados de membranas, de forma muy parecida a lo que sucede con nosotros. Y a lo largo de esas membranas, separando el océano ácido del vertido alcalino se encuentra, esencialmente, el mismo gradiente de protones –en su fuerza y en su dirección- que todos los seres vivos de la Tierra reproducen y emplean hoy en día.

“Por tanto, si la teoría de Russell es correcta, de repente resulta obvio por qué nosotros bombeamos los protones y empleamos este estúpido método –revela Branscomb-. Nos atascamos en este sistema energético de ‘libre alimentación’ cuando la vida nació, desarrollando un montón de sofisticada maquinaria para usarlo y nunca lo hemos reemplazado desde entonces”.

Branscomb, miembro de los ensayos de investigación en Biocomplejidad (Biocomplexity) del IGB, liderados por el profesor de Física de Swanlund Nigel Goldenfeld, ha recibido sus fondos para investigación tras ganar recientemente una beca de 8 millones en cinco años por parte de Astrobiology Institute de la NASA. La beca otorga fondos al Institute for Universal Biology de Illinois, miembro del mismo organismo de la NASA, y sus beneficios incluyen a varios investigadores incluidos en el programa Biocomplejidad.

“Tenemos una muestra del único planeta conocido que alberga vida –concluye Goldenfeld-. Así que es crítico que seamos creativos a la hora de obtener el máximo de información posible sobre las forma tempranas de vida en la Tierra, si es que queremos comprender alguna vez la existencia, probabilidad y naturaleza de otras formas de vida en el Universo. El trabajo de Russel, Nischke y Branscomb nos deja unos intrigantes cimientos para comenzar este esfuerzo, relacionando de forma muy clara conceptos de la termodinámica, la geoquímica y la biología para caminar hacia una mejor y renovada hipótesis sobre el origen de la vida”.

 
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