El hecho de que estemos aquí es fruto de una larga cadena de improbables coincidencias y golpes de suerte que se han ido encadenando a lo largo de 4.000 millones de años. Pensemos, por ejemplo, en la formidable carambola cósmica que supuso el impacto de un asteroide hace 66 millones de años; si los temibles y gigantescos dinosaurios no se hubieran extinguido por culpa de aquella roca letal venida del espacio, los pequeños y asustadizos mamíferos de la época jamás habrían podido prosperar, evolucionar y, en última instancia, dar lugar a la especie humana. Nuestra existencia es, literalmente, producto de una enorme serie de ‘loterías’ ganadas contra todo pronóstico evolutivo.Pero, sin duda, el mayor de todos los premios fue el primero. ¿ Cómo pudo surgir la vida a partir de una sopa primordial de ‘cosas’ que en gran medida no estaban vivas? ¿Cuál fue la chispa química que prendió el ‘incendio’ biológico que hoy cubre y da forma a nuestro planeta? La ciencia nos ha enseñado que hubo un único origen para todo lo que late, respira o se divide. Sin embargo, un nuevo y asombroso estudio internacional, recién publicado en ‘ Science Advances ‘, acaba de hacer saltar por los aires esa idea. Según los autores, en efecto, todo apunta a que el árbol de la vida no tiene un solo tronco, sino dos.El dilema del huevo y la gallinaDesde luego, para entender la dimensión real de este estudio, lo primero que hay que hacer es ponerse de acuerdo en algo básico: ¿qué es la vida? Y eso es algo más complicado de lo que parece. Su definición, sin ir más lejos, es sorprendentemente escurridiza (los virus, por ejemplo, se reproducen y responden a su entorno, pero no se consideran estrictamente ‘vivos’) A pesar de lo cual existe un consenso generalizado: la vida requiere un metabolismo, es decir, una sofisticada red de reacciones químicas que los organismos utilizan para fabricar las moléculas vitales necesarias para la existencia.Y aquí es donde nos topamos con un formidable problema, un auténtico dilema del ‘huevo y la gallina’, pero a escala molecular. Porque en las células actuales, esas reacciones químicas son catalizadas (es decir, aceleradas y facilitadas) por unas proteínas altamente especializadas llamadas enzimas. Podemos comparar el metabolismo primitivo con una enorme fábrica de coches y a las enzimas con los sofisticados robots de la cadena de montaje. El problema fundamental es que las enzimas son, a su vez, producto de otras complejas reacciones químicas. Y entonces, ¿cómo pudo la primera forma de vida metabolizar los componentes básicos y construir sus propias enzimas, si no tenía enzimas previas que hicieran el trabajo de ensamblaje?La respuesta, según el equipo internacional de científicos liderado por biólogos de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), se esconde en los abismos oceánicos.En el interior de las chimeneas volcánicasSi pudiéramos retroceder 4.000 millones de años y observar el amanecer de la biología, ¿qué veríamos exactamente? «Veríamos surgir dos tipos muy diferentes de células -explica Natalia Mrnjavac, bióloga de la Universidad de Düsseldorf y coautora principal del estudio-, bacterias pioneras y arqueas pioneras, haciendo sus primeros intentos de vida fuera de los confines de un respiradero hidrotermal».Los respiraderos hidrotermales son calientes y oscuras chimeneas volcánicas en el fondo marino, y escupen continuamente al océano un cóctel de gases y metales. En su estudio, los investigadores analizaron la red metabólica original y trazaron un ‘mapa’ sin precedentes, un conjunto de 420 reacciones químicas esenciales que logran convertir el gas hidrógeno, el amoníaco y el dióxido de carbono primitivo en los auténticos ladrillos de la vida, como los aminoácidos, las vitaminas y las bases de ARN. Y lo que hallaron al mirar en el centro de ese laberinto químico fue algo extraordinario. Nuestro Último Ancestro Común Universal (al que los científicos llaman cariñosamente LUCA, por sus siglas en inglés) era, en realidad, un organismo ‘a medias’. Lo explica con claridad William Martin, coautor principal del estudio: «La sorpresa es que las enzimas que catalizan estas reacciones no se conservan a través de la división evolutiva que separa a bacterias y arqueas. Descubrimos que LUCA poseía enzimas para solo la mitad de las reacciones del metabolismo. La otra mitad estaba catalizada por metales en el entorno donde surgió».Un híbrido biológico anclado a la rocaLUCA no era, por tanto, una célula libre que pudiera nadar a sus anchas. Estaba ‘prisionera’ en su chimenea volcánica submarina, utilizando los metales que la joven Tierra le ofrecía de forma natural como ‘muletas’ químicas. «Los metales que ocurren naturalmente en los respiraderos hidrotermales -afirma Harun Tüysüz, químico inorgánico del Instituto IMDEA Materiales en Madrid y del Instituto Max Planck- pueden reemplazar un número sorprendentemente grande de enzimas en el metabolismo».En otras palabras, el metabolismo original fue un asombroso ‘cyborg’ natural. Como señala Joseph Moran, investigador de la Universidad de Ottawa y también coautor del estudio, «cuanto más de cerca miramos, más claramente podemos ver que la evolución bioquímica temprana fue un híbrido de catalizadores enzimáticos y metálicos».El misterio de la energía primigeniaQuedaba, sin embargo, un molesto y enorme cabo suelto que había atormentado a generaciones de científicos: la energía. Hoy en día, la vida utiliza una compleja molécula compleja llamada ATP como ‘moneda de cambio’ energética universal. Pero el ATP no flotaba libremente por arte de magia en los océanos primigenios; requiere enzimas para fabricarse. ¿De dónde sacaba entonces LUCA la fuerza necesaria para alimentar sus 420 reacciones químicas iniciales?La respuesta la halló Manon Schlikker, del equipo de Düsseldorf, al probar el paladio, un metal excelente y abundante en las chimeneas submarinas. «Hemos identificado una nueva fuente de energía en el origen metabólico -explica la investigadora-. Cuando hacemos reaccionar fosfito, una forma de fósforo que ocurre naturalmente en los respiraderos, con compuestos orgánicos, obtenemos reacciones metabólicas de fosforilación de la noche a la mañana en agua. El fosfito y el paladio reemplazan al ATP y a las enzimas; es asombroso y hace que la evolución temprana sea mucho más fácil de comprender».Un universo paraleloLlegados a este punto, es necesario recordar que los biólogos dividen a los procariotas (organismos unicelulares sin núcleo definido) en dos gigantescos dominios: bacterias y arqueas. De hecho, y aunque bajo el microscopio puedan parecernos similares, sus diferencias internas son enormes. Las arqueas son verdaderas supervivientes extremófilas, capaces de sobrevivir sin inmutarse en ambientes ácidos e hirvientes que desintegrarían a cualquier otra criatura.En su estudio, los investigadores demostraron que el abandono del ‘hogar’ hidrotermal para lograr la ansiada vida libre no ocurrió de una sola vez en LUCA. De hecho, sucedió de nuevo después, cuando su linaje ya se había partido en dos. «Podemos ver casos en los que los ancestros de bacterias y arqueas desarrollaron de forma independiente enzimas estructuralmente distintas para catalizar la misma reacción metabólica -detalla Mrnjavac-. Dichas invenciones paralelas podrían haber allanado el camino hacia la aparición independiente de bacterias y arqueas de vida libre».Reescribiendo los libros de biologíaA falta de nuevos estudios que terminen de aclarar los detalles, es muy probable que el hallazgo nos obligue a redibujar nuestros esquemas sobre el origen de la vida. La ‘chispa’ de la independencia celular no saltó una vez, sino dos, de forma paralela y en dos ramas distintas que lograron solucionar los mismos problemas inventando herramientas químicas diferentes.Como concluye William Martin: «Los nuevos datos solo dejan una conclusión posible. Los linajes de bacterias y arqueas hicieron la transición al estado de vida libre de forma independiente. Y sólo las células de vida libre están vivas. Llamémoslo por su nombre: estamos viendo un solo origen del código genético, pero dos orígenes de la vida». El hecho de que estemos aquí es fruto de una larga cadena de improbables coincidencias y golpes de suerte que se han ido encadenando a lo largo de 4.000 millones de años. Pensemos, por ejemplo, en la formidable carambola cósmica que supuso el impacto de un asteroide hace 66 millones de años; si los temibles y gigantescos dinosaurios no se hubieran extinguido por culpa de aquella roca letal venida del espacio, los pequeños y asustadizos mamíferos de la época jamás habrían podido prosperar, evolucionar y, en última instancia, dar lugar a la especie humana. Nuestra existencia es, literalmente, producto de una enorme serie de ‘loterías’ ganadas contra todo pronóstico evolutivo.Pero, sin duda, el mayor de todos los premios fue el primero. ¿ Cómo pudo surgir la vida a partir de una sopa primordial de ‘cosas’ que en gran medida no estaban vivas? ¿Cuál fue la chispa química que prendió el ‘incendio’ biológico que hoy cubre y da forma a nuestro planeta? La ciencia nos ha enseñado que hubo un único origen para todo lo que late, respira o se divide. Sin embargo, un nuevo y asombroso estudio internacional, recién publicado en ‘ Science Advances ‘, acaba de hacer saltar por los aires esa idea. Según los autores, en efecto, todo apunta a que el árbol de la vida no tiene un solo tronco, sino dos.El dilema del huevo y la gallinaDesde luego, para entender la dimensión real de este estudio, lo primero que hay que hacer es ponerse de acuerdo en algo básico: ¿qué es la vida? Y eso es algo más complicado de lo que parece. Su definición, sin ir más lejos, es sorprendentemente escurridiza (los virus, por ejemplo, se reproducen y responden a su entorno, pero no se consideran estrictamente ‘vivos’) A pesar de lo cual existe un consenso generalizado: la vida requiere un metabolismo, es decir, una sofisticada red de reacciones químicas que los organismos utilizan para fabricar las moléculas vitales necesarias para la existencia.Y aquí es donde nos topamos con un formidable problema, un auténtico dilema del ‘huevo y la gallina’, pero a escala molecular. Porque en las células actuales, esas reacciones químicas son catalizadas (es decir, aceleradas y facilitadas) por unas proteínas altamente especializadas llamadas enzimas. Podemos comparar el metabolismo primitivo con una enorme fábrica de coches y a las enzimas con los sofisticados robots de la cadena de montaje. El problema fundamental es que las enzimas son, a su vez, producto de otras complejas reacciones químicas. Y entonces, ¿cómo pudo la primera forma de vida metabolizar los componentes básicos y construir sus propias enzimas, si no tenía enzimas previas que hicieran el trabajo de ensamblaje?La respuesta, según el equipo internacional de científicos liderado por biólogos de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), se esconde en los abismos oceánicos.En el interior de las chimeneas volcánicasSi pudiéramos retroceder 4.000 millones de años y observar el amanecer de la biología, ¿qué veríamos exactamente? «Veríamos surgir dos tipos muy diferentes de células -explica Natalia Mrnjavac, bióloga de la Universidad de Düsseldorf y coautora principal del estudio-, bacterias pioneras y arqueas pioneras, haciendo sus primeros intentos de vida fuera de los confines de un respiradero hidrotermal».Los respiraderos hidrotermales son calientes y oscuras chimeneas volcánicas en el fondo marino, y escupen continuamente al océano un cóctel de gases y metales. En su estudio, los investigadores analizaron la red metabólica original y trazaron un ‘mapa’ sin precedentes, un conjunto de 420 reacciones químicas esenciales que logran convertir el gas hidrógeno, el amoníaco y el dióxido de carbono primitivo en los auténticos ladrillos de la vida, como los aminoácidos, las vitaminas y las bases de ARN. Y lo que hallaron al mirar en el centro de ese laberinto químico fue algo extraordinario. Nuestro Último Ancestro Común Universal (al que los científicos llaman cariñosamente LUCA, por sus siglas en inglés) era, en realidad, un organismo ‘a medias’. Lo explica con claridad William Martin, coautor principal del estudio: «La sorpresa es que las enzimas que catalizan estas reacciones no se conservan a través de la división evolutiva que separa a bacterias y arqueas. Descubrimos que LUCA poseía enzimas para solo la mitad de las reacciones del metabolismo. La otra mitad estaba catalizada por metales en el entorno donde surgió».Un híbrido biológico anclado a la rocaLUCA no era, por tanto, una célula libre que pudiera nadar a sus anchas. Estaba ‘prisionera’ en su chimenea volcánica submarina, utilizando los metales que la joven Tierra le ofrecía de forma natural como ‘muletas’ químicas. «Los metales que ocurren naturalmente en los respiraderos hidrotermales -afirma Harun Tüysüz, químico inorgánico del Instituto IMDEA Materiales en Madrid y del Instituto Max Planck- pueden reemplazar un número sorprendentemente grande de enzimas en el metabolismo».En otras palabras, el metabolismo original fue un asombroso ‘cyborg’ natural. Como señala Joseph Moran, investigador de la Universidad de Ottawa y también coautor del estudio, «cuanto más de cerca miramos, más claramente podemos ver que la evolución bioquímica temprana fue un híbrido de catalizadores enzimáticos y metálicos».El misterio de la energía primigeniaQuedaba, sin embargo, un molesto y enorme cabo suelto que había atormentado a generaciones de científicos: la energía. Hoy en día, la vida utiliza una compleja molécula compleja llamada ATP como ‘moneda de cambio’ energética universal. Pero el ATP no flotaba libremente por arte de magia en los océanos primigenios; requiere enzimas para fabricarse. ¿De dónde sacaba entonces LUCA la fuerza necesaria para alimentar sus 420 reacciones químicas iniciales?La respuesta la halló Manon Schlikker, del equipo de Düsseldorf, al probar el paladio, un metal excelente y abundante en las chimeneas submarinas. «Hemos identificado una nueva fuente de energía en el origen metabólico -explica la investigadora-. Cuando hacemos reaccionar fosfito, una forma de fósforo que ocurre naturalmente en los respiraderos, con compuestos orgánicos, obtenemos reacciones metabólicas de fosforilación de la noche a la mañana en agua. El fosfito y el paladio reemplazan al ATP y a las enzimas; es asombroso y hace que la evolución temprana sea mucho más fácil de comprender».Un universo paraleloLlegados a este punto, es necesario recordar que los biólogos dividen a los procariotas (organismos unicelulares sin núcleo definido) en dos gigantescos dominios: bacterias y arqueas. De hecho, y aunque bajo el microscopio puedan parecernos similares, sus diferencias internas son enormes. Las arqueas son verdaderas supervivientes extremófilas, capaces de sobrevivir sin inmutarse en ambientes ácidos e hirvientes que desintegrarían a cualquier otra criatura.En su estudio, los investigadores demostraron que el abandono del ‘hogar’ hidrotermal para lograr la ansiada vida libre no ocurrió de una sola vez en LUCA. De hecho, sucedió de nuevo después, cuando su linaje ya se había partido en dos. «Podemos ver casos en los que los ancestros de bacterias y arqueas desarrollaron de forma independiente enzimas estructuralmente distintas para catalizar la misma reacción metabólica -detalla Mrnjavac-. Dichas invenciones paralelas podrían haber allanado el camino hacia la aparición independiente de bacterias y arqueas de vida libre».Reescribiendo los libros de biologíaA falta de nuevos estudios que terminen de aclarar los detalles, es muy probable que el hallazgo nos obligue a redibujar nuestros esquemas sobre el origen de la vida. La ‘chispa’ de la independencia celular no saltó una vez, sino dos, de forma paralela y en dos ramas distintas que lograron solucionar los mismos problemas inventando herramientas químicas diferentes.Como concluye William Martin: «Los nuevos datos solo dejan una conclusión posible. Los linajes de bacterias y arqueas hicieron la transición al estado de vida libre de forma independiente. Y sólo las células de vida libre están vivas. Llamémoslo por su nombre: estamos viendo un solo origen del código genético, pero dos orígenes de la vida».
El hecho de que estemos aquí es fruto de una larga cadena de improbables coincidencias y golpes de suerte que se han ido encadenando a lo largo de 4.000 millones de años. Pensemos, por ejemplo, en la formidable carambola cósmica que supuso el impacto … de un asteroide hace 66 millones de años; si los temibles y gigantescos dinosaurios no se hubieran extinguido por culpa de aquella roca letal venida del espacio, los pequeños y asustadizos mamíferos de la época jamás habrían podido prosperar, evolucionar y, en última instancia, dar lugar a la especie humana. Nuestra existencia es, literalmente, producto de una enorme serie de ‘loterías’ ganadas contra todo pronóstico evolutivo.
Pero, sin duda, el mayor de todos los premios fue el primero. ¿Cómo pudo surgir la vida a partir de una sopa primordial de ‘cosas’ que en gran medida no estaban vivas? ¿Cuál fue la chispa química que prendió el ‘incendio’ biológico que hoy cubre y da forma a nuestro planeta? La ciencia nos ha enseñado que hubo un único origen para todo lo que late, respira o se divide. Sin embargo, un nuevo y asombroso estudio internacional, recién publicado en ‘Science Advances‘, acaba de hacer saltar por los aires esa idea. Según los autores, en efecto, todo apunta a que el árbol de la vida no tiene un solo tronco, sino dos.
El dilema del huevo y la gallina
Desde luego, para entender la dimensión real de este estudio, lo primero que hay que hacer es ponerse de acuerdo en algo básico: ¿qué es la vida? Y eso es algo más complicado de lo que parece. Su definición, sin ir más lejos, es sorprendentemente escurridiza (los virus, por ejemplo, se reproducen y responden a su entorno, pero no se consideran estrictamente ‘vivos’) A pesar de lo cual existe un consenso generalizado: la vida requiere un metabolismo, es decir, una sofisticada red de reacciones químicas que los organismos utilizan para fabricar las moléculas vitales necesarias para la existencia.
Y aquí es donde nos topamos con un formidable problema, un auténtico dilema del ‘huevo y la gallina’, pero a escala molecular. Porque en las células actuales, esas reacciones químicas son catalizadas (es decir, aceleradas y facilitadas) por unas proteínas altamente especializadas llamadas enzimas. Podemos comparar el metabolismo primitivo con una enorme fábrica de coches y a las enzimas con los sofisticados robots de la cadena de montaje. El problema fundamental es que las enzimas son, a su vez, producto de otras complejas reacciones químicas. Y entonces, ¿cómo pudo la primera forma de vida metabolizar los componentes básicos y construir sus propias enzimas, si no tenía enzimas previas que hicieran el trabajo de ensamblaje?
La respuesta, según el equipo internacional de científicos liderado por biólogos de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU), se esconde en los abismos oceánicos.
En el interior de las chimeneas volcánicas
Si pudiéramos retroceder 4.000 millones de años y observar el amanecer de la biología, ¿qué veríamos exactamente? «Veríamos surgir dos tipos muy diferentes de células -explica Natalia Mrnjavac, bióloga de la Universidad de Düsseldorf y coautora principal del estudio-, bacterias pioneras y arqueas pioneras, haciendo sus primeros intentos de vida fuera de los confines de un respiradero hidrotermal».
Los respiraderos hidrotermales son calientes y oscuras chimeneas volcánicas en el fondo marino, y escupen continuamente al océano un cóctel de gases y metales. En su estudio, los investigadores analizaron la red metabólica original y trazaron un ‘mapa’ sin precedentes, un conjunto de 420 reacciones químicas esenciales que logran convertir el gas hidrógeno, el amoníaco y el dióxido de carbono primitivo en los auténticos ladrillos de la vida, como los aminoácidos, las vitaminas y las bases de ARN.
Y lo que hallaron al mirar en el centro de ese laberinto químico fue algo extraordinario. Nuestro Último Ancestro Común Universal (al que los científicos llaman cariñosamente LUCA, por sus siglas en inglés) era, en realidad, un organismo ‘a medias’. Lo explica con claridad William Martin, coautor principal del estudio: «La sorpresa es que las enzimas que catalizan estas reacciones no se conservan a través de la división evolutiva que separa a bacterias y arqueas. Descubrimos que LUCA poseía enzimas para solo la mitad de las reacciones del metabolismo. La otra mitad estaba catalizada por metales en el entorno donde surgió».
Un híbrido biológico anclado a la roca
LUCA no era, por tanto, una célula libre que pudiera nadar a sus anchas. Estaba ‘prisionera’ en su chimenea volcánica submarina, utilizando los metales que la joven Tierra le ofrecía de forma natural como ‘muletas’ químicas. «Los metales que ocurren naturalmente en los respiraderos hidrotermales -afirma Harun Tüysüz, químico inorgánico del Instituto IMDEA Materiales en Madrid y del Instituto Max Planck- pueden reemplazar un número sorprendentemente grande de enzimas en el metabolismo».
En otras palabras, el metabolismo original fue un asombroso ‘cyborg’ natural. Como señala Joseph Moran, investigador de la Universidad de Ottawa y también coautor del estudio, «cuanto más de cerca miramos, más claramente podemos ver que la evolución bioquímica temprana fue un híbrido de catalizadores enzimáticos y metálicos».
El misterio de la energía primigenia
Quedaba, sin embargo, un molesto y enorme cabo suelto que había atormentado a generaciones de científicos: la energía. Hoy en día, la vida utiliza una compleja molécula compleja llamada ATP como ‘moneda de cambio’ energética universal. Pero el ATP no flotaba libremente por arte de magia en los océanos primigenios; requiere enzimas para fabricarse. ¿De dónde sacaba entonces LUCA la fuerza necesaria para alimentar sus 420 reacciones químicas iniciales?
La respuesta la halló Manon Schlikker, del equipo de Düsseldorf, al probar el paladio, un metal excelente y abundante en las chimeneas submarinas. «Hemos identificado una nueva fuente de energía en el origen metabólico -explica la investigadora-. Cuando hacemos reaccionar fosfito, una forma de fósforo que ocurre naturalmente en los respiraderos, con compuestos orgánicos, obtenemos reacciones metabólicas de fosforilación de la noche a la mañana en agua. El fosfito y el paladio reemplazan al ATP y a las enzimas; es asombroso y hace que la evolución temprana sea mucho más fácil de comprender».
Un universo paralelo
Llegados a este punto, es necesario recordar que los biólogos dividen a los procariotas (organismos unicelulares sin núcleo definido) en dos gigantescos dominios: bacterias y arqueas. De hecho, y aunque bajo el microscopio puedan parecernos similares, sus diferencias internas son enormes. Las arqueas son verdaderas supervivientes extremófilas, capaces de sobrevivir sin inmutarse en ambientes ácidos e hirvientes que desintegrarían a cualquier otra criatura.
En su estudio, los investigadores demostraron que el abandono del ‘hogar’ hidrotermal para lograr la ansiada vida libre no ocurrió de una sola vez en LUCA. De hecho, sucedió de nuevo después, cuando su linaje ya se había partido en dos. «Podemos ver casos en los que los ancestros de bacterias y arqueas desarrollaron de forma independiente enzimas estructuralmente distintas para catalizar la misma reacción metabólica -detalla Mrnjavac-. Dichas invenciones paralelas podrían haber allanado el camino hacia la aparición independiente de bacterias y arqueas de vida libre».
Reescribiendo los libros de biología
A falta de nuevos estudios que terminen de aclarar los detalles, es muy probable que el hallazgo nos obligue a redibujar nuestros esquemas sobre el origen de la vida. La ‘chispa’ de la independencia celular no saltó una vez, sino dos, de forma paralela y en dos ramas distintas que lograron solucionar los mismos problemas inventando herramientas químicas diferentes.
Como concluye William Martin: «Los nuevos datos solo dejan una conclusión posible. Los linajes de bacterias y arqueas hicieron la transición al estado de vida libre de forma independiente. Y sólo las células de vida libre están vivas. Llamémoslo por su nombre: estamos viendo un solo origen del código genético, pero dos orígenes de la vida».
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