Hace miles de millones de años, las moléculas en una Tierra sin vida y tumultuosa se mezclaron, formando las primeras formas de vida. Eones después, una forma de vida más grande e inteligente se está acurrucando sobre experimentos de laboratorio tratando de comprender sus propios comienzos.
Mientras que algunos dicen que la vida surgió de cadenas simples de moléculas, otros dicen que las primeras reacciones químicas formaron ARN autorreplicante. Un pariente del ADN, el ARN actúa como decodificador o mensajero de información genética.
Un nuevo estudio proporciona evidencia de la idea de ARN, que se conoce como la "hipótesis mundial del ARN". Pero al menos un ingrediente en el ARN temprano puede diferir de lo que se encuentra en la forma moderna, informó un grupo de científicos el 3 de diciembre en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
El ARN moderno, junto con su estructura principal de azúcar y fosfato, está formado por cuatro bloques de construcción principales: nucleobases llamadas adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U).
Pero resulta que el ARN temprano pudo haber tenido una nucleobase que no es parte de la forma moderna.
En pequeños tubos de plástico, los investigadores pusieron agua, un poco de sal, tampón para mantener el pH básico e iones de magnesio para acelerar las reacciones. Estas condiciones son similares a las que se encuentran en un lago o estanque de agua dulce, un lago de cráter, o el tipo de lago o piscina que se encuentra en regiones volcánicas como el Parque Nacional de Yellowstone, todos los lugares donde la vida podría haber comenzado.
Luego, los investigadores agregaron una pequeña pieza de ARN llamada cebador unida a una pieza más larga de ARN llamada plantilla. Se crea un nuevo ARN cuando un cebador copia el ARN plantilla, a través del emparejamiento de bases. Las nucleobases coinciden únicamente entre sí; C se une solo con G y A se une solo con U.
Los investigadores agregaron las nucleobases (A, C, G y U) para que pudieran unirse a la plantilla y así extender la pieza más corta, el cebador. Los resultados mostraron que, con los ingredientes del ARN moderno, la reacción no funcionó lo suficientemente rápido como para que el ARN se forme y se replique sin errores.
Pero luego, los investigadores agregaron otro químico, llamado inosina, a la mezcla, en lugar de la molécula basada en guanina. Después de eso, los investigadores se sorprendieron al descubrir que el ARN podría formarse y replicarse de forma ligeramente más precisa que en una mezcla con guanina.
Esta mezcla no causó lo que se llama una "catástrofe de error", lo que significa que las mutaciones o errores aleatorios en las réplicas se mantuvieron por debajo de un umbral, lo que garantiza que puedan eliminarse antes de acumularse.
"El hecho de que supera el problema de la catástrofe del error es una prueba importante de importancia", dijo David Deamer, biólogo de la Universidad de California en Santa Cruz, que no formó parte del estudio. Su única objeción es la afirmación de que la inosina es más plausible en la fabricación de ARN primitivo que otras bases alternativas, dijo Deamer. Todavía no cree que se deban excluir las otras bases, ya que "esta es una afirmación bastante amplia ... basada en una reacción química altamente específica", dijo Deamer a Live Science
Pero debido a que la inosina se puede derivar fácilmente de otro par de bases, la adenina, hace que el proceso de originar vida sea "más fácil" que si se tuviera que hacer la guanina desde cero, dijo John Sutherland, investigador de los orígenes químicos de la biología molecular en el MRC. Laboratorio de Biología Molecular en el Reino Unido, que tampoco formó parte del estudio.
Los hallazgos rompen "la sabiduría convencional de que la inosina no podría haber sido útil", dijo Sutherland a Live Science. La inosina se había ganado esta reputación porque realiza un trabajo muy específico en una forma de ARN llamada ARN de transferencia, que decodifica la información genética.
Se pensaba que la inosina "se tambaleaba" o se unía a varios pares de bases en lugar de uno solo. Eso lo habría convertido en una molécula pobre para dar instrucciones únicas para formar un nuevo ARN, porque no habría habido una dirección clara sobre a qué podría unirse la inosina. Y así, "muchos de nosotros pensamos erróneamente que era una propiedad inherente de la inosina", dijo Sutherland. Pero este estudio mostró que la inosina, en el contexto mundial temprano donde surgió el ARN, no se tambalea, sino que se combina de manera confiable con la citosina, agregó.
"Todo tiene sentido ahora, pero con base en los resultados anteriores, no esperábamos que la inosina funcionara tan bien como lo hizo", dijo el autor principal del estudio Jack Szostak, profesor de química y biología química en la Universidad de Harvard, quien también es un premio Nobel.
Szostak y su equipo ahora están tratando de descubrir de qué otra manera ese ARN primitivo podría haber sido diferente del ARN moderno, y cómo finalmente se convirtió en ARN moderno. Además, gran parte de su laboratorio se centra en cómo las moléculas de ARN se replicaron antes de que evolucionaran las enzimas. (Las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones químicas).
"Este es un gran desafío", dijo Szostak a Live Science. "Hemos progresado mucho, pero todavía hay acertijos sin resolver".
Sutherland también señaló que el campo generalmente pasa de una "hipótesis mundial de ARN" pura a una que ve más componentes mezclados en el caldero que creó la vida. Estos incluyen lípidos, péptidos, proteínas y fuentes de energía. Agregó que en la mente de los investigadores, "es un mundo de ARN menos purista de lo que solía ser".
