¿El agua de lluvia fue el motor oculto de la vida compleja en la Tierra?

La vida en el planeta Tierra se originó hace aproximadamente 3.800 millones de años. Una de las grandes incógnitas sobre el origen de la vida es cómo las gotas de ARN flotando en la “sopa primordial” se transformaron en células con membranas que protegen su contenido.

Investigadores de los Estados Unidos propusieron una respuesta llamativa: afirman que la lluvia pudo haber sido el factor clave que ayudó a formar una estructura protectora alrededor de las protocélulas.

En una investigación publicada en la revista Science Advances, el grupo de investigadores de la Universidad de Chicago y de la Universidad de Houston exploraron la posibilidad de que el agua de lluvia haya desempeñado un papel crucial para la estabilización de las células primitivas.

Cómo la materia inerte se transformó en células vivas

La cuestión de fondo es cómo la materia inerte, como el agua, los gases y los depósitos minerales, se transformaron en células vivas, que fueron capaces de replicarse, metabolizarse y evolucionar.

En 1953, los químicos Stanley Miller y Harold Urey realizaron un experimento en la Universidad de Chicago que revolucionó la comprensión de los orígenes de la vida en la Tierra.

Al usar una mezcla de agua, metano, amoníaco, hidrógeno y descargas eléctricas, lograron sintetizar aminoácidos, los bloques fundamentales de las proteínas, a partir de compuestos más simples. Ese experimento demostró que las moléculas orgánicas complejas podían formarse a partir de materiales inorgánicos.

Se considera que las primeras formas de vida, conocidas como protocélulas, surgieron espontáneamente de moléculas orgánicas presentes en la Tierra primitiva. Con el tiempo, esas protocélulas habrían desarrollado la capacidad de replicarse.

Los científicos consideran que habría dos modelos principales de protocélulas: un grupo son las vesículas. Consisten en pequeñas burbujas formadas por moléculas lipídicas que crean una membrana protectora. Por otro lado están los “coacervados”.

Las vesículas son similares a las células modernas, aunque sin las proteínas especializadas que permiten la comunicación y el intercambio selectivo de moléculas. Por otro lado, los coacervados son gotas formadas por la acumulación de moléculas orgánicas, como péptidos y ácidos nucleicos, que se adhieren entre sí debido a fuerzas electrostáticas.

El bioquímico ruso Alexander Oparin también postuló un modelo en el que sugiere que los coacervados son gotas que proporcionaron una forma primitiva de compartimentación necesaria para los procesos metabólicos y la autorreplicación.

Sin embargo, la falta de una membrana en los coacervados presentaba un desafío, ya que permitía la rápida fusión de las gotas y el intercambio descontrolado de material genético, lo que dificultaba la evolución de secuencias genéticas estables, según escribió en un artículo en The Conversation, el científico Aman Agrawal, de la Facultad de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago, y uno de los coautores del nuevo trabajo.

Además, la ausencia de membrana permitía que el ARN, que es un tipo de material genético que se considera la primera forma de molécula autorreplicante y fue crucial para las primeras etapas de la vida- se intercambiara rápidamente entre las protocélulas.

En 2017, Jack Szostak junto con Agrawal demostraron que la fusión y mezcla rápida del ARN impedía la evolución de secuencias genéticas estables. Esto sugería que los coacervados no podían mantener la compartimentación necesaria para la vida temprana.

En 2022, un estudio mostró que las gotas podían estabilizarse en agua desionizada. Formaban una “pared mesosa” que prevenía la fusión y la fuga del ARN.

Cómo se hizo el nuevo estudio

Los investigadores contaron cómo surgió la idea de la lluvia en el origen de las células. Agrawal comenzó a transferir gotas de coacervado a agua destilada durante su investigación doctoral con el profesor Alamgir Karim. Estudiaba su comportamiento bajo un campo eléctrico.

En ese momento, la investigación no estaba relacionada con el origen de la vida, sino que se enfocaba en el material desde una perspectiva ingenieril.

Karim, que había trabajado años antes bajo la supervisión de Matthew Tirrell, mencionó durante un almuerzo cómo los efectos del agua destilada sobre los coacervados podían estar vinculados al origen de la vida.

Tirrell preguntó dónde habría existido agua destilada hace 3.800 millones de años. A lo que Karim respondió: “¡Agua de lluvia!”. El doctor Tirrell llevó la investigación de Agrawal sobre agua destilada a Jack Szostak, premio Nobel de Medicina 2009, quien había ingresado recientemente en la Universidad de Chicago para liderar estudios sobre el origen de la vida en la Tierra.

Al trabajar con muestras de ARN, Agrawal descubrió que transferir gotas de coacervado a agua destilada prolongaba el intercambio de ARN de minutos a varios días, un tiempo suficiente para la mutación, la competencia y la evolución.

Para asegurar que la lluvia pueda tener el mismo efecto, “simplemente recogimos agua de lluvia en Houston y probamos la estabilidad de nuestras gotas, solo para asegurarnos de que lo que informamos es preciso”, explicó Agrawal.

En las pruebas con agua de lluvia y agua de laboratorio modificada para imitar la acidez de la lluvia, se obtuvieron los mismos resultados. Las paredes mesosas se formaron, creando condiciones que podrían haber permitido la evolución de la vida.

“La composición química de la lluvia en Houston no es la misma que hace 750 millones de años, pero la física se mantiene igual”, concluyó Agrawal.

Consultada por Infobae, la científica María Eugenia Farías, ex investigadora en microbiología ambiental del Conicet y cofundadora de la empresa startup Puna Bio, comentó: “El nuevo trabajo publicado en Science Advances, es muy interesante al proponer que el agua de lluvia podría haber ayudado a formar las primeras paredes protocelulares”.

Aunque la doctora Farías señaló que se generó otra cuestión: “La pregunta sería si realmente el agua de lluvia es agua destilada, especialmente en el contexto de erupciones volcánicas que era el del origen con la formación de los continentes y con una atmósfera sin oxígeno tan diferente a la de hoy”.