Se propone un cambio de paradigma en el origen de la vida
Según un nuevo concepto presentado por químicos alemanes, fue una nueva especie molecular compuesta de ARN y péptidos lo que puso en marcha la evolución de la vida hacia formas más complejas.
Investigar la cuestión de cómo pudo surgir la vida hace mucho tiempo en la Tierra primitiva es uno de los desafíos más fascinantes para la ciencia. ¿Qué condiciones deben haber prevalecido para que se formaran los componentes básicos de una vida más compleja? Una de las principales respuestas se basa en la llamada idea del mundo del ARN, que el pionero de la biología molecular Walter Gilbert formuló en 1986. La hipótesis sostiene que los nucleótidos, los componentes básicos de los ácidos nucleicos A, C, G y U, surgieron de la sopa primordial, y que luego se formaron moléculas cortas de ARN a partir de los nucleótidos. Estos llamados oligonucleótidos ya eran capaces de codificar pequeñas cantidades de información genética.
Sin embargo, como tales moléculas de ARN monocatenario también podrían combinarse en cadenas dobles, esto dio lugar a la posibilidad teórica de que las moléculas pudieran replicarse a sí mismas, es decir, reproducir. Solo dos nucleótidos encajan juntos en cada caso, lo que significa que una cadena es la contraparte exacta de otra y, por lo tanto, forma la plantilla para otra cadena.
En el curso de la evolución, esta replicación podría haber mejorado y en algún momento producido una vida más compleja. "La idea del mundo del ARN tiene la gran ventaja de que esboza una vía por la que pueden surgir biomoléculas complejas como los ácidos nucleicos con propiedades catalíticas optimizadas y, al mismo tiempo, de codificación de información", dice en un comunicado el químico de LMU (Ludwig Maximilian University of Munich) Thomas Carell. El material genético, tal como lo entendemos hoy en día, está formado por cadenas dobles de ADN, una forma de macromolécula ligeramente modificada y duradera compuesta de nucleótidos.
Sin embargo, la hipótesis no está exenta de problemas. Por ejemplo, el ARN es una molécula muy frágil, especialmente cuando se alarga. Además, no está claro cómo pudo producirse la unión de las moléculas de ARN con el mundo de las proteínas, para lo cual el material genético, como sabemos, proporciona los planos. Como se establece en un nuevo artículo publicado en Nature, el grupo de trabajo de Carell ha descubierto una forma en la que podría haber ocurrido esta vinculación.
Para entender, debemos echar otro vistazo más de cerca al ARN. En sí mismo, el ARN es una macromolécula complicada. Además de las cuatro bases canónicas A, C, G y U, que codifican la información genética, también contiene bases no canónicas, algunas de las cuales tienen estructuras muy inusuales. Estos nucleótidos que no codifican información son muy importantes para el funcionamiento de las moléculas de ARN. Actualmente conocemos más de 120 nucleósidos de ARN modificados de este tipo, que la naturaleza incorpora a las moléculas de ARN. Es muy probable que sean reliquias del antiguo mundo del ARN.
El grupo de Carell ha descubierto ahora que estos nucleósidos no canónicos son el ingrediente clave, por así decirlo, que permite que el mundo del ARN se conecte con el mundo de las proteínas. Algunos de estos fósiles moleculares pueden, cuando se encuentran en el ARN, "adornarse" con aminoácidos individuales o incluso con pequeñas cadenas de ellos (péptidos), según Carell. Esto da como resultado pequeñas estructuras peptídicas de ARN quiméricas cuando los aminoácidos o péptidos están presentes en una solución simultáneamente junto con el ARN.
En tales estructuras, los aminoácidos y péptidos unidos al ARN reaccionan entre sí para formar péptidos cada vez más grandes y complejos. "De esta manera, creamos partículas de péptidos de ARN en el laboratorio que podrían codificar información genética e incluso formar péptidos de alargamiento", dice Carell.
Los antiguos nucleósidos fósiles son, por lo tanto, algo parecidos a los núcleos del ARN, formando un núcleo sobre el que pueden crecer largas cadenas peptídicas. En algunas hebras de ARN, los péptidos incluso crecían en varios puntos. "Ese fue un descubrimiento muy sorprendente", dice Carell. "Es posible que nunca haya existido un mundo de ARN puro, pero que el ARN y los péptidos coexistieron desde el principio en una molécula común". Como tal, deberíamos expandir el concepto de un mundo de ARN al de un mundo de péptidos de ARN. Los péptidos y el ARN se apoyaron mutuamente en su evolución, propone la nueva idea.
Según la nueva teoría, un elemento decisivo al principio fue la presencia de moléculas de ARN que pudieran adornarse con aminoácidos y péptidos y así unirlos en estructuras peptídicas más grandes. "El ARN se desarrolló lentamente en un catalizador de unión de aminoácidos en constante mejora", dice Carell. Esta relación entre el ARN y los péptidos o proteínas se ha mantenido hasta el día de hoy.
El catalizador de ARN más importante es el ribosoma, que todavía une los aminoácidos en largas cadenas peptídicas en la actualidad. Una de las máquinas de ARN más complicadas, es responsable en cada célula de traducir la información genética en proteínas funcionales. "El mundo de los péptidos de ARN resuelve el problema del huevo y la gallina", dice Carell. "La nueva idea crea una base sobre la cual el origen de la vida gradualmente se vuelve explicable".
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