El misterio sin resolver del origen de la vida: una nueva estrategia

A pesar de años de progreso, el origen de la vida sigue siendo uno de los misterios más perdurables de la ciencia.

“La característica más importante de la biología, los seres vivos están formados por células, a través de las cuales pasas la información genética. ADN“Usan enzimas proteicas para potenciar su metabolismo, y todo eso surgió a través de procesos específicos en una historia evolutiva muy temprana”, dice Aaron Goldman, profesor asistente de biología en Oberlin College. “Comprender cómo se formaron por primera vez estos sistemas biológicos básicos no solo nos dará una idea de cómo funciona la vida a un nivel fundamental, sino también qué es realmente la vida en primer lugar y cómo podemos buscarla más allá de la Tierra”.

La cuestión de cómo surgió la vida por primera vez generalmente se estudia a través de experimentos de laboratorio que simulan los entornos de la Tierra primitiva y buscan la química que podría crear los mismos tipos de biomoléculas y reacciones metabólicas que vemos en los seres vivos hoy. Esto se conoce como un enfoque de “abajo hacia arriba” porque funciona con materiales que de otro modo estarían en la Tierra para los prebióticos.

Si bien estos experimentos de la llamada “química prebiótica” han demostrado con éxito cómo vivir puede tener Al crecer, no pueden decirnos cómo es la vida en realidad. un acto surgir. Mientras tanto, otra investigación está utilizando técnicas de la biología evolutiva para reconstruir cómo podrían haber sido las primeras formas de vida en función de los datos de la vida actual. Esto se conoce como el enfoque “de arriba hacia abajo” y puede informarnos sobre la historia de la vida en la Tierra.

Sin embargo, la investigación de arriba hacia abajo solo puede mirar hacia atrás, ya que todavía había genes conservados en los organismos de hoy y, por lo tanto, no hasta el origen de la vida. A pesar de sus limitaciones, la investigación de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba apuntan al objetivo común de descubrir los orígenes de la vida e, idealmente, sus respuestas deberían converger en un conjunto común de condiciones.

Un nuevo artículo publicado por Goldman, Lori Barge (investigadora científica en astrobiología en la NASAplanta de propulsión a chorro (Laboratorio de Propulsión a Chorro)) y colegas, para llenar este vacío metodológico. Los autores argumentan que la combinación de investigación de laboratorio de abajo hacia arriba sobre caminos plausibles hacia el origen de la vida con reconstrucciones evolutivas de arriba hacia abajo de formas de vida tempranas puede usarse para descubrir cómo se originó realmente la vida en la Tierra primitiva.

En su artículo, los autores describen un fenómeno fundamental para la vida actual que se puede estudiar mediante la combinación de investigaciones de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo: las cadenas de transporte de electrones.

Las cadenas de transporte de electrones son un tipo de sistema metabólico utilizado por organismos en todo el árbol de la vida, desde bacterias hasta humanos, para producir formas utilizables de energía química. Los diferentes tipos de cadenas de transporte de electrones son específicos para cada forma de vida y el metabolismo energético que utilizan: por ejemplo, nuestras mitocondrias contienen una cadena de transporte de electrones asociada con el metabolismo energético heterótrofo (que consume alimentos); Mientras que las plantas tienen una cadena de transporte de electrones completamente diferente unida a ellas. Fotosíntesis (Generar energía a partir de la luz solar).

Y en todo el mundo microbiano, los organismos utilizan una amplia gama de cadenas de transporte de electrones asociadas con una variedad de diferentes procesos metabólicos energéticos. Pero, a pesar de estas diferencias, los autores describen la evidencia de la investigación de arriba hacia abajo de que este tipo de estrategia metabólica fue utilizada por formas de vida muy tempranas y proporcionan varios modelos para cadenas ancestrales de transporte de electrones que se remontan a una historia evolutiva muy temprana.

También examinaron la evidencia actual de abajo hacia arriba de que incluso antes de que surgiera la vida tal como la conocemos, los minerales y las aguas de los océanos de la Tierra primitiva podrían haber facilitado la química similar a la cadena de transporte de electrones. Inspirándose en estas observaciones, los autores describen futuras estrategias de investigación que combinan investigación de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba sobre la historia más temprana de las cadenas de transporte de electrones para obtener una mejor comprensión del metabolismo energético antiguo y el origen de la vida en general.

Este estudio es la culminación de cinco años de trabajo previo de este equipo multidisciplinario e interdisciplinario dirigido por Barge en JPL, que fue financiado por el Laboratorio de Ideas de NASA-NSF para los Orígenes de la Vida para estudiar cómo surgieron las interacciones metabólicas en entornos geológicos en la Tierra primitiva. . . El trabajo anterior del equipo ha analizado, por ejemplo, las interacciones específicas de la cadena de transporte de electrones impulsadas por los metales (dirigido por Jessica Weber, científica investigadora del JPL); cómo enzimas antiguas puede tener Las químicas prebióticas están incluidas en sus sitios activos. (dirigido por Goldman); Y Metabolismo microbiano en ambientes altamente limitados en energía (Dirigido por Doug LaRue, de la Universidad del Sur de California).

“El surgimiento del metabolismo es una cuestión multidisciplinaria, por lo que necesitamos un equipo multidisciplinario para estudiar esto”, dice Barge. “Nuestro trabajo ha utilizado técnicas de química, geología, biología y modelado computacional para combinar estos enfoques de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, y este tipo de colaboración será importante para futuros estudios de vías metabólicas prebióticas”.

Referencia: “Cadenas de transporte de electrones como ventana a las primeras etapas de la evolución” por Aaron D. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2210924120

El estudio fue financiado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio.