Imagen de la portada: Tapetes blancos floculantes dentro y alrededor de fumarolas blancas extremadamente gaseosas de alta temperatura (>100°C, 212°F) en la Fumarola Champagne. Copyright: CC BY-SA 4.0 a través de wikimedia commons.
Artículo: Chimeneas de óxidos blancos y verdes acumulan ARN en un jardín químico ferruginoso.
Autores: Vanessa Helmbrecht, Maximilian Weingart, Frieder Klein, Dieter Braun, William D. Orsi
Cuando pensamos en mundos extraterrestres, posiblemente evocamos una imágen de vastos oceános con estructuras altas verticales dispersas, como columnas o torres. Al observar imágenes de fumarolas hidrotermales alcalinas, te darás cuenta de que esos mundos extraterrestres no existen solamente en las películas de ciencia ficción. Las fumarolas hidrotermales alcalinas son ambientes marinos profundos abundantes en la Tierra hace más de 4000 millones de años, caracterizados por chimeneas blancas globulares y puntiagudas que se elevan desde el fondo del mar. Ofrecen una combinación de condiciones químicas en las que pueden haber surgido las primeras formas de vida en la Tierra. Sin embargo, las fumarolas hidrotermales alcalinas se han considerado inhóspitas para la formación de ácidos nucleicos, las moléculas que almacenan información en todas las células vivas. Un artículo nuevo de investigadores de LMU Munich reta esta suposición al proporcionar evidencia clave para la estabilización de ácidos nucleicos en fumarolas hidrotermales alcalinas, un descubrimiento que podría hacer estos ambientes los candidatos más adecuados para el origen de la vida en la Tierra.
Cómo surgió la vida en la Tierra es posiblemente una de las preguntas más interesantes y esquivas en ciencia. La idea de “pequeños estanques cálidos” para el origen de la vida fue popularizada por Charles Darwin en 1871. En su forma actual, postula que estanques terrestres, ricos en elementos esenciales para la formación de vida, pueden haber pasado por ciclos de humedad y sequía en la Tierra temprana. Estos ciclos pueden haber sido clave para la formación de ARN, un ácido nucleico que combina la propiedad de almacenamiento de información del ADN con la capacidad de acelerar reacciones de algunas proteínas. Esta hipótesis, denominada “mundo de ARN”, ubica al ARN (ácido ribonucleico) como la molécula de almacenamiento de información presente en las primeras formas de vida en la Tierra y es ampliamente aceptada actualmente.
En contraste con los estanques terrestres que propuso Darwin, las fumarolas hidrotermales alcalinas solamente han ganado reconocimiento como otro posible ambiente para el origen de la vida en los últimos 40 años. Son un auténtico dilema científico: aunque pudieron haber proporcionado las fuentes de energía más inmediatamente disponibles para las primeras células, así como estructuras porosas para separarlas físicamente del exterior, son incompatibles con la hipótesis del mundo de ARN. La razón es simple; el ARN tiene una estructura mucho más frágil que el ADN, que es susceptible a degradación por calor. Una restricción adicional para el origen de la vida en fumarolas hidrotermales alcalinas es que, en un gran océano, los primeros ácidos nucleicos estaban extremadamente diluidos, lo cual representa un “problema de concentración” para su incorporación en células.
Helmbrecht et al. buscaban establecer si las chimeneas en fumarolas hidrotermales alcalinas podrían ofrecer una solución al problema de concentración en un ambiente de laboratorio controlado. Esta es la primera vez que se evalúa la capacidad de las chimeneas de acumular ácidos nucleicos, específicamente ARN. Su experimento consistió en 5 tubos de vidrio depurados totalmente de oxígeno y llenados con una solución rica en hierro con ARN de levadura, diseñada para ser análoga al agua de mar en la Tierra temprana. Los autores bombearon una solución alcalina a través de cada tubo para representar el fluido hidrotermal de las fumarolas submarinas, e inmediatamente observaron la formación de chimeneas de roca durante las dos primeras horas de la reacción.
A partir de la observación del crecimiento de las chimeneas, Helmbrecht et al. encontraron que el óxido blanco es el mineral predominante que se forma durante la fase inicial del crecimiento vertical de las chimeneas, y su formación coincide con una transferencia rápida de ARN de la solución rica en hierro a la chimenea. Después de algunos minutos, el óxido blanco en la chimenea es reemplazado por óxido verde, y menos ARN se acumula en la chimenea. El descubrimiento crucial de los investigadores es que cuando las chimeneas de óxido están presentes, ¡las concentraciones de ARN disminuyen mil veces en la solución! La implicación, si el resultado se pudiera extrapolar a los océanos de la Tierra temprana, es que las chimeneas de óxido verde permitieron la concentración de ARN -anteriormente flotando libre en el agua de mar- en las fumarolas hidrotermales alcalinas.
El hallazgo clave de Helmbrecht et al. no es solo que el ARN puede ser de hecho estabilizado y concentrado en las chimeneas de las fumarolas hidrotermales alcalinas, sino además que la incorporación depende del estado de crecimiento de la chimenea y los tipos de minerales de óxido que la componen. Al proporcionar la primera evidencia experimental de la estabilización de ácidos nucleicos en estructuras de óxido, Helmbrecht et al. confirmaron que la hipótesis del mundo de RNA es compatible con el origen de la vida en fumarolas hidrotermales alcalinas. Aunque la controversia sobre el primer ambiente en el que se originó la vida en la Tierra no está para nada cerca de terminar, el mecanismo de acumulación de ARN confirmado por Helmbrecht et al. da una ventaja a las fumarolas hidrotermales alcalinas.
Nuevo soporte para el origen de la vida en fumarolas hidrotermales alcalinas por Daniela Osorio Rodriguez tiene una licencia Creative Commons Attribution 4.0 International.