Encuentran evidencia para una teoría alternativa del origen de la vida

Científicos del Instituto de Investigación Scripps (TSRI) ofrecen una vuelta de tuerca a una teoría popular sobre cómo surgió la vida en la Tierra hace unos 4 mil millones de años.

El estudio pone en duda la hipótesis del “mundo del ARN”, una teoría de cómo las moléculas de ARN evolucionaron para crear las proteínas y el ADN. En cambio, la nueva investigación ofrece evidencia de un mundo donde el ARN y el ADN se desarrollaron simultáneamente.

“Incluso si se cree en un mundo de ARN solamente, hay que creer en algo que existía con el ARN para ayudar a que se moviera hacia adelante,” dijo Ramanarayanan Krishnamurthy, profesor asociado de química en el TSRI y autor principal del nuevo estudio. “¿Por qué no pensar en que ARN y ADN nacieron en conjunto, en lugar de tratar de convertir el ARN en ADN por medio de alguna fantástica química en una etapa prebiótica?”

El estudio ha sido publicado recientemente en la revista Angewandte Chemie.

Una mirada al pasado

Los investigadores han explorado la hipótesis del ‘mundo de ARN’ durante más de 30 años. La idea detrás de esta teoría es que una serie de reacciones químicas condujeron a la formación de moléculas de ARN autorreplicantes. El ARN luego evolucionó para crear proteínas y enzimas que se parecían a las primeras versiones de lo que constituye la vida de hoy. Con el tiempo, estas enzimas ayudaron al ARN a producir ADN, lo que llevó a organismos complejos.

En la superficie, las moléculas de ARN y ADN parecen similares, con la formación de una estructura de ADN de tipo escalera (con pares de nucleobases como peldaños y una columna vertebral de moléculas de azúcar como los lados) y ARN formando lo que se parece a un solo lado de una escalera, según un comunicado de la institución Scripps.

Si la teoría del mundo de ARN es exacta, algunos investigadores creen que no habría habido muchos casos en los que los nucleótidos de ARN se mezclaran con ADN troncales, creando hebras “heterogéneos”. Si es estable, estas “quimeras” mezcladas habrían sido un paso intermedio en la transición al ADN.

Los problemas con la inestabilidad

Sin embargo, el nuevo estudio muestra una pérdida significativa de la estabilidad cuando el ARN y el ADN comparten el mismo esqueleto. Las quimeras no se quedan juntas, así como el ARN o el ADN puros, lo que comprometería su capacidad de mantener la información genética y replicarse.

“Nos sorprendimos al ver una profunda caída en lo que podríamos llamar la estabilidad térmica”, dijo Krishnamurthy. Esta inestabilidad parecía ser debida a una diferencia en la estructura de molécula de azúcar del ADN frente a la molécula de azúcar de ARN.

El hallazgo apoya la investigación anterior del premio Nobel y profesor en la Universidad de Harvard de Química y Biología Química Jack Szostak, que mostró una pérdida de la función cuando el ARN se mezcla con el ADN.

Debido a esta inestabilidad, las quimeras en el mundo del ARN probablemente habrían muerto fuera en favor de moléculas de ARN más estables. Esto refleja lo que los científicos ven en las células de hoy: Si por error nucleobases de ARN se unen a una cadena de ADN, enzimas sofisticados se precipitarán para solucionar el error. La evolución ha dado lugar a un sistema que favorece moléculas “homogéneas” más estables.

Estas enzimas sofisticadas no existían probablemente en el tiempo de la evolución temprana del ARN y el ADN, por lo que estas sustituciones pueden haber tenido un efecto devastador en la capacidad de las moléculas para replicarse y ejercer un función. “La transición de ARN a ADN no habría sido fácil sin mecanismos para mantenerlos separados”, dijo Krishnamurthy.

Considerando una segunda Teoría

Esta situación llevó a los científicos a considerar una teoría alternativa: el ARN y el ADN pueden haber surgido en tándem. Krishnamurthy hizo hincapié en que su laboratorio no es el primero en proponer esta teoría, pero las conclusiones sobre la inestabilidad quimérica dan a los científicos nuevas pruebas a considerar.

Si los dos evolucionaron al mismo tiempo, el ADN podría haber establecido su propio sistema homogéneo desde el principio. El ARN podría aún haber evolucionado para producir ADN, pero puede haber ocurrido después de que se reuniera por primera vez con ADN y llegase a conocer sus materias primas.

Krishnamurthy añadió que los científicos nunca sabrán exactamente cómo comenzó la vida, pero teniendo en cuenta las circunstancias de la evolución temprana, los científicos pueden hacerse una idea de los fundamentos de la biología.

Con información de Angewandte Chemie y Phys.org