Cuando Caitlin Cornell miró por su microscopio, vió unas unas grandes manchas brillantes sobre un fondo negro. Parecían soles en miniatura, brillando contra el fondo oscuro del espacio. Y cuando Cornell mostró las manchas a su supervisora, Sarah Keller, una química de la Universidad de Washington, "nos pusimos muy nerviosas", recuerda. "Fue un momento Ajah!". Esas manchas, se dio cuenta, podrían ayudar a solucionar el puzzle que lleva tato tiempo sin resolver del origen de la vida.
Estas células que forman todas las cosas vivas, a pesar de sus interminables variaciones, contienen tres elementos fundamentales- Hay moléculas que codifican la información y que pueden ser copias de ADN o de su forma más simple ARN. Hay moléculas de proteínas "trabajadoras" que realizan tareas importantes. Y englobándolas a todas hay membranas compuestas por ácidos grasos. Retrocede lo suficiente en el tiempo, antes de que los animales y plantas e incluso las bacterias existieran, y encontrarás el precursor de toda la vida que los científicos llaman una especie de "protocélula" que contiene la misma trinidad : ARN y proteínas, en una membrana. Como el físico Freeman Dyson dijo una vez "La vida empezó con pequeñas bolsas de basura".
Las bolsas de las membranas eran cruciales. Sin algo para acotarse de las otras moléculas, todas se esparcirían, difuminadas en el mundo sin conseguir nada. Concentrándolos, las membranas transformaron el inanimado mundo de los químicos desordenados formando secuoyas, petirrojos, elefantes, E.Coli, humanos y peces, y su base es crear compartimentos. Y eso es mucho más fácil, y mucho más duro, de lo que podría parecer.
Primero lo fácil. Las primeras membranas de células estaban constituídas por moléculas de ácidos grasos que parecían piruletas, con cabezas redondas y largas colas. Las cabezas disfrutan de la compañía de agua, pero las colas no. Así que cuando cuando los pones en agua, los ácidos grasos se autoorganizan en esferas huecas, con las colas repelentes de agua apuntando al interior, y las cabezas amantes del agua en la superficie. Estas esferas pueden encerrar a las proteinas y al ARN, creando protocélulas. Los ácidos grasos. entonces, pudieron crear automáticamente los compartimento que eran necesarios para que surgiera la vida. Parece muy bueno para ser verdad.
Y lo es, por dos motivos. La vida primero surgió en océanos salados, y la sal desestabiliza catastróficamente las esferas de ácidos grasos. Además, algunos iones, incluidos magnesio y hierro, hacen que las esferas se colapsen, lo que es un problema, ya que el ARN -otro componente clave de las primeras protocélulas- necesita estos iones. ¿Cómo pudo entonces surgir la vida, cuando los compartimentos necesarios son destruidos por las condiciones en que debieron emerger primero, y por los ingredientes que necesita para prosperar?
Caitlin Cornell y Sarah Keller tienen una respuesta para esta paradoja. Han demostrado que las esferas pueden soportar tanto la sal como los iones de magnesio, mientras sea en presencia de aminoácidos -las moléculas simples que son los bloques básicos de las proteínas. Los pequeños soles que Cornell vio en el microscopio eran mezclas de aminoácidos y ácidos grasos, aguantando su forma esférica en presencia de sal.
Me parece mágico. Significa que dos de los componentes esenciales de la vida, la membrana de las protocélulas y sus proteínas, ofreció las condiciones para que cada uno existiera. Juntándolos con los ácidos grasos, los aminoácidos les dieron estabilidad. A cambio, los ácidos grasos concentraron a los aminoácidos, quizás animándoles a unirse para formar proteinas. Desde el principio, estos socios estaban unidos en un baile de pareja que continuó durante 3.500 millones de años y ayudó a crear toda la riqueza biológica a partir de simple química. "Estoy de acuerdo por completo", me dice Keller. "Es completamente mágico. Necesitas a esas dos partes juntas".
"Es un trabajo fantástico", dice Neal Devaraj, de la UC San Diego. "Su sugerencia de que las membranas podrían promover la síntesis [de proteínas] es realmente fascinante".
Este descubrimiento ocurrió casi por accidente. Inicialmente, Keller apuntaba a otro problema, propuesto por su colega Roy Black. Había observado que no había buenas ideas sobre como se ensamblaba en primer lugar la trinidad - ARN, proteínas y membranas. Parecía que la gente sólo movía sus manos y atribuía esta convergencia crucial a un sucesos aleatorio. En lugar de eso Black sugirió que las membranas eran la clave. Si los ácidos grasos se pueden pegar a los componentes tanto de proteínas como de ARN, podrían haber obtenido esos bloques básicos juntos mientras se formaban.
Cornell comprobó la idea incubando ácido graso con tres aminoácidos diferentes, de los cuales todos debían estar en la Tierra primitiva. Como Black había sospechado, las moléculas interactuaron unas con las otras. Pero cuando miró por el microscopio, Cornell se dio cuenta de que algo especial sucedía.
Por su cuenta, los ácidos grasos se habían organizados en esferas huecas predecible. "Parecían medusas : Interiores transparentes con bordes opacos flotando", dice ella. Si añadía sal o iones de magnesio, estas medusas se desintegraban. Pero si lo hacía después de añadir aminoácidos, mantenían la forma. Lo que es más, se transformaban en formas que a Cornell le parecían cebollas brillantes. Lo que antes eran centros huecos estaban ahora rellenos con otra capa de esferas de ácidos grasos dentro de esferas. No es por coincidencia que nuestras células son parecidas. con membranas que contienen dos capas de grasa en lugar de una.
Así que la presencia de aminoácidos no sólo protege a las esferas de ácidos grasos, sino que las convierte también en algo más obviamente biológico. ¿Porqué? "No tenemos ni idea, y no lo habíamos predicho", dice Keller riendo. "Estamos en un lugar adorable que abre el espacio para futuras teorías.
"Es un gran trabajo", dice Kate Adamala de la Universidad de Minnesota. Otros estudios, explica, han encontrado interacciones entre dos tipos de aminoácidos, membranas de ácidos grasos y ARN, pero el estudio de Cornell y Keller une efectivamente a los tres. Los aminoácidos permiten que las membranas existan con la presencia de magnesio, que necesita el ARN para funcionar.
El estudio de los orígenes de la vida siempre es polémico. Los científicos a menudo discuten sobre cosas que pasan ahora, y se olvidan de sucesos que ocurrieron hace más de 3.500 millones de años. Algunos investigadores, por ejemplo, piensan que la vida empezó en piscinas volccánicas poco profundas, mientras otros dicen que fue en fumarolas submarinas. Las ideas de Keller, afortunadamente, permiten ambos entornos. "Soy agnóstica", dice, "Me encanta pensar [que nuestro estudio] hace más posible la diea de las protocélulas independientemente del lugar".
Ahora está mirando que pasa después de que las protocélulas se junten. Debe de haber un compartimiento que contenga los bloques básicos para hacer proteínas y ARN. "¿Pero cómo pueden unirse esos bloques básicos para formar moléculas mayores?" Se cuestiona. "Es una pregunta muy difícil".
