La vida en nuestro planeta utiliza 20 aminoácidos, a pesar de que existen muchos más. Pero, ¿por qué? Nadie lo sabe con seguridad, pero un grupo de investigadores ha planteado en un estudio cuál podría ser la explicación de esa cifra…

El origen de la vida en la Tierra

Sabemos que la vida en la Tierra apareció casi tan pronto como fue posible. Sin embargo, lo que no está tan claro es cómo sucedió. Por qué los aminoácidos, los bloques de la vida, se unieron hace unos 4000 millones de años para dar lugar a la aparición de las primeras moléculas de proteínas. En total, son 20 aminoácidos los responsables de la vida en nuestro planeta. Ahora, un grupo de investigadores ha publicado un estudio en el que se explica cómo pudieron formarse los predecesores de esas proteínas, de forma espontánea, hasta formar una cadena.

Por qué la vida en la Tierra usa solo 20 aminoácidos
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Concepto artístico del Eón Arcaico de la Tierra, hace entre 4000 y 2500 millones de años. Crédito: ocean.si.edu

A lo largo del tiempo, ha habido muchas teorías para intentar explicar cómo los aminoácidos dieron lugar a la formación de proteínas. Pero no se había logrado verificar ninguno de esos planteamientos hasta ahora. Es una de las preguntas más complejas de la ciencia actual. ¿Cómo se desenvolvió la química hasta llevarnos a la aparición de vida compleja? Hay muchas teorías sobre el origen de las proteínas, pero las pruebas en laboratorio no han sido concluyentes. Pero en este estudio, los investigadores parecen haber tenido más suerte.

Si bien hay que decir que en su estudio no han usado 20 aminoácidos. Se han limitado a 3: lisina, arginina e histidina. Colocaron los tres con tres aminoácidos que no forman parte de los procesos biológicos. Todos ellos fueron sometidos a condiciones muy similares a las que, se cree, existieron en la Tierra durante el eón Hádico, hace unos 4000 millones de años. Los metieron en agua con hidroxiácidos, que facilitan las reacciones de los aminoácidos y debieron es muy comunes en la Tierra durante sus primeras etapas.

Entendiendo la creación de los 20 aminoácidos

Esa mezcla se calentaba hasta los 85 ºC, acelerando el proceso de reacción y provocando la evaporación del agua. El objetivo de los investigadores era estudiar esas reacciones químicas. Así, pudieron ver que los aminoácidos biológicos, de forma espontánea, se formaban en segmentos de grupos amino. Son grupos muy reactivos compuestos de nitrógeno e hidrógeno. También son parte del núcleo de aminoácidos y otros aminos que forman cadenas laterales que se extienden desde el núcleo. Y son más reactivos en comparación al resto.

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Una alga, un organismo fotótrofo acuático. Crédito: Wikimedia Commons/Neon_ja

Según los investigadores, les sorprendió que el experimento favoreciese la conexión de aminos que se puede observar en proteínas, a pesar de que todo les indicaba que las conexiones más favorecidas serían las que no se producen en las proteínas. La proporción era, aproximadamente, de siete a uno en favor de las conexiones propias de las proteínas. Además, los aminoácidos biológicos eran mucho más reactivos que los no biológicos. A pesar de que estos últimos, que no forman parte de las proteínas, podían reaccionar igual de bien.

Los investigadores también esperaron que la inclusión de los aminoácidos no biológicos produjese la aparición, incluso, de nuevas proteínas. Sin embargo, la mayoría de las reacciones tuvo como resultado la formación de péptidos, que son compuestos formados por dos, o más, aminoácidos enlazados entre sí, que se parecían mucho a las proteínas actuales. Los investigadores esperaban que los aminoácidos no biológicos funcionasen mejor que la lisina (uno de los aminoácidos biológicos empleados), que no podría formar cadenas igual de bien.

¿Por qué solo 20 aminoácidos?

En ambos casos se equivocaron. La lisina formaba cadenas de una manera similar a la que sucede en las proteínas en la actualidad. Lo que ha llevado a los investigadores a suponer que las cadenas de aminoácidos, que son útiles para los organismos vivos, evolucionaron antes de que la vida descubriese como formar proteínas. Su experimento muestra que los aminoácidos biológicos tienen preferencia sobre los no biológicos. Eso podría explicar por qué solo hay 20 aminoácidos en la formación de la vida en nuestro planeta.

El eón Hádico ofreció el entorno para que esos 20 aminoácidos diesen lugar al origen de la vida...
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Concepto artístico de la Tierra poco después de su formación. Crédito: NASA

Los científicos creen que, durante el eón Hádico, hubo más de 500 aminoácidos existentes en la Tierra, producidos de forma natural. Con una abundancia tan grande, no estaba claro por qué la vida dependía de un grupo tan reducido. El estudio indica que es mucho más probable que estos 20 aminoácidos se enlacen entre sí, porque reaccionan de forma más eficiente entre ellos. También parece apoyar la teoría de que la mayoría de polímeros (moléculas grandes) biológicos se formaron durante ciclos de humedad y aridez.

Esa teoría explica que las primeras proteínas aparecieron en llanuras con lluvias ocasionales o, en su lugar, en rocas, en las orillas de los lagos, con una buena exposición a la luz solar. Es una teoría que choca frontalmente con otra hipótesis muy conocida: que los bloques de la vida se formaron a partir de eventos raros o cataclísmicos, así como la aparición de diferentes ingredientes que posibilitaron su formación. El estudio muestra lo contrario, parece que el proceso fue mucho más sencillo de lo que se podría haber supuesto en un principio.

La búsqueda de la vida en el universo

Todo esto es muy interesante para comprender cómo pudo aparecer la vida en la Tierra. También para entender por qué solo hay 20 aminoácidos presentes, a pesar de que en realidad existen muchos más de forma natural. De momento solo es un estudio que apunta en una dirección muy interesante. El proceso que permitió la aparición de la vida en la Tierra, si están en lo cierto, no tuvo nada de excepcional si lo aplicamos al universo en su conjunto. Muchos planetas, cabe suponer, habrán pasado por unas condiciones similares tras su formación.

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Concepto artístico de un exoplaneta. Crédito: NASA

Si los bloques de la vida se ven atraídos mutuamente de forma natural, es mucho más probable que estas reacciones químicas, u otras similares, tuviesen lugar en otras partes de la Vía Láctea. Así como, por extensión, en muchos mundos de muchas otras galaxias. Es otro argumento más a favor de que la vida podría ser muy abundante en el universo. Pero todavía quedan muchas cosas por comprender. Por ejemplo, en todos los casos en los que estos ingredientes pueden reaccionar entre sí, ¿la aparición de la vida es inevitable?

Puede que no sea así. Quizá haga falta que las condiciones sean muy específicas y muy similares a las de la Tierra. O, incluso si la vida sencilla es abundante en el universo, puede que algo haga que la aparición de vida compleja, y de vida inteligente, sea mucho más difícil. Algo que nos enfrenta, una vez más, a la conocida Paradoja de Fermi. Veremos qué sucede en próximas investigaciones. Pero, tarde o temprano, terminaremos teniendo la respuesta para una de las grandes preguntas de la ciencia moderna. ¿Cómo de frecuente es la vida en el cosmos?

Estudio

El estudio es M. Frenkel-Pinter, J. Haynes, A. Petrov et al; «Selective incorporation of proteinaceous over nonproteinaceous cationic amino acids in model prebiotic oligomerization reactions». Publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences el 29 de julio de 2019. Puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Universe Today