La investigación de la Universidad de Newcastle recurre a antiguas fuentes termales para explorar los orígenes de la vida en la Tierra. El equipo de investigación, financiado por el Consejo de Investigación del Medio Ambiente Natural del Reino Unido, investigó cómo los primeros sistemas vivos surgieron de materiales geológicos inertes en la Tierra, hace más de 3.500 millones de años.

Los científicos de la Universidad de Newcastle descubrieron que al mezclar hidrógeno, bicarbonato y magnetita rica en hierro en condiciones que imitan respiraderos hidrotermales relativamente suaves, crean un espectro de moléculas orgánicas, entre las que destacan los ácidos grasos que se extienden hasta 18 átomos de carbono de longitud.

Publicados en la revista Nature Communications Earth & Environment, sus hallazgos probablemente revelen cómo algunas de las moléculas clave necesarias para producir vida están hechas de sustancias químicas inorgánicas, lo cual es esencial para comprender un paso clave en cómo se formó la vida en la Tierra hace miles de millones de años. . Sus resultados pueden proporcionar un origen plausible para las moléculas orgánicas que forman las membranas celulares antiguas, que pueden haber sido seleccionadas selectivamente mediante procesos bioquímicos tempranos en la Tierra primitiva.

Ácidos grasos en las primeras etapas de la vida.

Los ácidos grasos son moléculas orgánicas largas que contienen regiones que atraen y repelen el agua que formarían espontáneamente compartimentos similares a células en el agua de forma natural, y son este tipo de moléculas las que podrían haber formado las primeras membranas celulares. Sin embargo, a pesar de su importancia, no se ha podido determinar con certeza la fuente de estos ácidos grasos en las primeras etapas de la vida. Una idea es que pueden haberse formado en respiraderos hidrotermales donde el agua caliente y los fluidos ricos en hidrógeno provenientes de respiraderos submarinos se mezclan con agua de mar que contiene dióxido de carbono.

El grupo replicó en su laboratorio aspectos importantes del entorno químico encontrado en los primeros océanos de la Tierra y la mezcla de agua alcalina caliente de ciertos tipos de respiraderos hidrotermales. Descubrieron que cuando se mezclaban líquidos calientes ricos en hidrógeno con agua rica en dióxido de carbono en presencia de minerales a base de hierro que estaban presentes en la Tierra primitiva, se creaban los tipos de moléculas necesarias para formar membranas celulares primitivas.

Comparación de un representante de los tres cromatogramas de iones totales duplicados obtenidos de la reacción de magnetita con HCO3- y H2 a 90 °C y 16 bar de presión total durante 16 h junto con los controles. (a) Moléculas orgánicas generadas utilizando magnetita con H2 y HCO3−. (b) Muestra de control usando magnetita con H2 (c) Muestra de control usando cuarzo con H2 y HCO3− (d) Muestra de control usando cuarzo con H2. b Ampliación de la región de color delimitada por el cuadro de línea discontinua en (a). Los picos con una relación señal:ruido <5:1 o con un factor de coincidencia inverso <65,0 no se clasificaron para la biblioteca NIST20 (Datos complementarios 3 para las identidades de pico obtenidas de la biblioteca NIST20).

El autor principal, el Dr. Graham Purvis, realizó el estudio en la Universidad de Newcastle y actualmente es investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Durham.

Dijo: “Los compartimentos celulares son el elemento central en el origen de la vida y son esenciales para aislar la química interna del entorno externo. Estos compartimentos han sido fundamentales para promover reacciones que sustentan la vida al concentrar sustancias químicas y facilitar la producción de energía, y probablemente sirvan para como piedra angular”. En los primeros momentos de la vida.

Los resultados sugieren que la afinidad de los fluidos ricos en hidrógeno de las fuentes hidrotermales alcalinas con aguas ricas en bicarbonato sobre minerales a base de hierro podría haber precipitado las membranas primitivas de las primeras células al comienzo de la vida. Este proceso puede haber generado una variedad de tipos de membranas, algunas de las cuales probablemente sirvieron como cuna de la vida cuando comenzó la vida. Además, este proceso de transformación puede haber contribuido a la formación de ácidos específicos que se encuentran en la composición elemental de los meteoritos.

El investigador principal, el Dr. John Tilling, profesor de Biogeoquímica en la Facultad de Ciencias Ambientales Naturales, añadió:

“Creemos que esta investigación puede proporcionar el primer paso sobre cómo surgió la vida en nuestro planeta. La investigación en nuestro laboratorio continúa ahora para determinar el segundo paso clave: cómo estas moléculas orgánicas que inicialmente estaban “pegados” a superficies metálicas podrían liberarse para formar Cámaras similares a células rodeadas por una membrana esférica”. Las primeras posibles “protocélulas” que formaron la primera vida celular.

Curiosamente, los investigadores también señalan que en la actualidad todavía se producen reacciones de formación de membranas en los océanos debajo de las superficies de las lunas heladas de nuestro sistema solar. Esto plantea la posibilidad de orígenes de vida alternativos en estos mundos distantes.

referencia

Purvis, J., Schiller, L., Crosky, A. et al. Generación de ácidos grasos de cadena larga por reducción de bicarbonato de hidrógeno en antiguos respiraderos hidrotermales alcalinos. Entorno terrestre común 5, 30 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-023-01196-4 (acceso abierto)

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