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¿Cuánta agua necesita la vida?
Alberto González Fairén

Es posible que la vida surgiera en entornos con poca agua, y hoy empezamos a conocer bacterias que literalmente viven del aire.
os seres vivos dependen del agua, pero el agua degrada el ADN y otras moléculas biológicas. ¿Cómo afrontaron las primeras células esta paradoja? Aunque durante mucho tiempo se ha especulado con la idea de que las primeras células surgieron en los océanos, recientemente se está produciendo un cambio en nuestra comprensión de los procesos químicos que transformaron unas pocas moléculas en las primeras células vivas. Es posible que las moléculas y la química prebióticas se encontraran por primera vez en pequeñas lagunas o charcos sometidos a variaciones circadianas o estacionales.

Para que se pudieran formar los compuestos básicos de la vida se necesita, por un lado, radiación ultravioleta, y por otro, que las soluciones acuosas se concentren enormemente llegando incluso a secarse del todo de vez en cuando. De hecho, se ha conseguido sintetizar en laboratorio ácidos nucleicos, proteínas y otros componentes celulares simplemente calentando compuestos orgánicos, sometiéndolos a radiación UV y secándolos. Por el contrario, esta síntesis no se ha podido completar en condiciones similares al agua del mar, lo que se ha llamado históricamente la “sopa primordial”.

Ya en 2009, un grupo liderado por John Sutherland, de Cambridge, consiguió sintetizar en laboratorio dos de los cuatro nucleótidos presentes en el ARN (Figura 1). Partieron de fosfato y cuatro compuestos de carbono simples disueltos en agua, concentraron la solución y la irradiaron con radiación UV. En estudios subsiguientes, variando los tiempos de cada reacción solo un poco, consiguieron sintetizar lípidos y proteínas. Y usando luz solar, el año pasado consiguieron sintetizar los componentes del ADN. Este tipo de procesos no pueden ocurrir en la profundidad del océano.
Los nucleótidos del ARN
Figura 1: Los nucleótidos del ARN. Click para ampliar!
También el año pasado, el equipo de Moran Frenkel-Pinter, de NASA, mostró que los aminoácidos se entrelazan de forma espontánea generando cadenas precursoras de proteínas si la solución acuosa en la que se encuentran se seca. Y este tipo de reacciones ocurren preferentemente si los aminoácidos que se estudian son precisamente los 20 que forman las proteínas biológicas. Este proceso podría explicar porqué la vida hoy usa específicamente esos 20 aminoácidos y no otros, de entre cientos de posibilidades: los entornos con agua escasa y sujetos a desecación habrían seleccionado los aminoácidos biológicos de hoy.

A estos estudios recientes se añade el trabajo clásico publicado en 1982 por David Deamer, de la Universidad de California. Sintetizaron vesículas compuestas por lípidos, de forma que dos capas de lípidos formaban una esfera con agua en su interior (Figura 2). Al desecar la solución, los lípidos se reorganizaban en una estructura multicapa como una pila de tortitas. Algunas cadenas de ADN que estaba flotando en la solución inicial quedaban atrapadas entre las capas. Al añadir agua de nuevo, se reconstituían las vesículas, esta vez con el ADN en su interior, en un proceso sencillo que recuerda a la formación de células.

Por lo tanto, parece que el origen de la vida en la Tierra, o al menos los primeros pasos de la bioquímica pre-biológica, sucedieron en pequeñas lagunas estacionales con disponibilidad de agua líquida muy limitada. Aún hoy algunas bacterias siguen habitando entornos con escasez de agua. Por ejemplo, en agosto del año pasado, un grupo liderado por Belinda Ferrari, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, describió un tipo de bacterias que comen literalmente aire. Y que, además, se encuentran distribuidas por diversos lugares de la Tierra donde el agua es escasa, como el Ártico, la Antártida o el Tíbet.

Estas bacterias habitan entornos muy bajos en nutrientes, y oxidan el hidrógeno gaseoso de la atmósfera para obtener una fuente de energía capaz de convertir el CO2 atmosférico en carbono biológico. Este proceso, denominado “quimiosíntesis atmosférica”, se une a la fotosíntesis y a la quimiotrofía hidrotermal como uno de los mecanismos básicos de producción primaria de la biosfera en la Tierra: aquellos que generan ladrillos biológicos a partir de materias primas inorgánicas.
Doble membrana lipídica en solución acuosa
Figura 2: Doble membrana lipídica en solución acuosa. Click para ampliar!
 
 
Madrid, España, 15 de Febrero de 2021.
 
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