Dos orígenes de la vida: Es posible que las células libres hayan surgido dos veces cuando las bacterias y las arqueas se separaron

Dos orígenes de la vida: Las células libres pueden haber surgido dos veces, ya que las bacterias y las arqueas divergieron Los científicos han descubierto evidencia convincente que sugiere que las células libres pueden haber surgido independientemente dos veces, una vez conduciendo a la aparición de bacterias y otra a las arqueas, ya que estos dos dominios de la vida divergieron hace miles de millones de años. Un estudio publicado en Science Advances por investigadores del Instituto de Evolución Molecular de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, junto con colaboradores de múltiples instituciones, presenta este descubrimiento innovador basado en análisis de genomas, estudios de estructura de proteínas y reconstrucciones de antiguas vías metabólicas.

Según la investigación, las primeras formas de vida probablemente surgieron en entornos ricos en actividad hidrotermal, como respiraderos de aguas profundas. Estas condiciones proporcionaron una mezcla de catalizadores inorgánicos, incluidos metales, que desempeñaron un papel crucial en facilitar las reacciones químicas necesarias para la vida. El estudio sugiere que las etapas iniciales del metabolismo celular dependían en gran medida de estos catalizadores ambientales en lugar de las enzimas, que llegaron más tarde en la historia evolutiva. Natalia Mrnjavac, bióloga de la Universidad de Düsseldorf y autora principal del estudio, describió el proceso como similar a ver surgir las primeras células de la sopa primordial.

"Veríamos emerger dos tipos muy diferentes de células, bacterias pioneras y arqueas pioneras, haciendo sus primeros intentos de vida fuera de los confines de un respiradero hidrotermal", explicó. Los hallazgos desafían la suposición de larga data de que la vida se originó a través de una sola vía evolutiva y, en cambio, proponen un escenario en el que dos orígenes separados dieron lugar a las dos ramas primarias de la vida celular. El equipo de investigación examinó las reacciones químicas que permitieron la síntesis de moléculas biológicas fundamentales, como aminoácidos, bases de ARN y vitaminas, a partir de precursores simples como el hidrógeno, el amoníaco y el dióxido de carbono.

Identificaron un total de 420 reacciones enzimáticas que ahora se consideran universales para todos los organismos vivos. Sin embargo, el estudio reveló que las enzimas responsables de estas reacciones no son compartidas entre bacterias y arqueas. En cambio, el último antepasado común universal (LUCA) de todas las formas de vida conocidas poseía enzimas para solo aproximadamente la mitad de estas reacciones, mientras que el resto fue catalizado por metales en el medio ambiente. William Martin, biólogo de la Universidad de Düsseldorf y autor principal del estudio, enfatizó la importancia de este descubrimiento.

La sorpresa es que las enzimas que catalizan esas reacciones no se conservan a través de la división evolutiva que separa a las bacterias de las arqueas", declaró. Descubrimos que LUCA poseía enzimas para solo aproximadamente la mitad de las reacciones del metabolismo. Harun Tüysüz, químico inorgánico del Max-Planck-Institut für Kohlenforschung y del Instituto de Materiales IMDEA de Madrid, agregó que los metales comúnmente encontrados en los respiraderos hidrotermales podrían reemplazar efectivamente una parte sustancial de las enzimas necesarias para el metabolismo. Los metales que se producen naturalmente en los respiraderos hidrotermales pueden reemplazar un número sorprendentemente grande de enzimas en el metabolismo", señaló.

Joseph Moran, un investigador de la Universidad de Ottawa especializado en el uso de metales para catalizar reacciones metabólicas, elaboró aún más las implicaciones del estudio. "Cuanto más de cerca miramos, más claramente podemos ver que la evolución bioquímica temprana fue un híbrido de catalizadores enzimáticos y metálicos", dijo. Este sistema híbrido permitió que las primeras formas de vida se adaptaran y evolucionaran, lo que finalmente condujo al desarrollo de enzimas completamente funcionales capaces de llevar a cabo tareas metabólicas complejas. Los hallazgos del estudio sugieren que la transición de procesos catalizados por metales no enzimáticos al metabolismo basado en enzimas ocurrió en etapas.

Los investigadores reconstruyeron cuatro fases clave de la catálisis temprana: un período inicial dominado por catalizadores de metales, seguido de una fase de transición que involucra tanto metales como enzimas, y finalmente la diversificación de los sistemas enzimáticos dentro de los linajes bacterianos y arqueos. A medida que estos linajes evolucionaron, nuevas enzimas reemplazaron los catalizadores inorgánicos originalmente proporcionados por el medio ambiente. Esta investigación proporciona una comprensión más profunda de cómo comenzó la vida y cómo evolucionaron los procesos fundamentales del metabolismo con el tiempo. Destaca la complejidad de los primeros sistemas bioquímicos y subraya la importancia de los factores ambientales en la configuración del curso del desarrollo de la vida.