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La formación de biopolímeros y otras moléculas biológicas fue un momento clave en los orígenes de la vida en la Tierra primitiva. Sin embargo, estos procesos son difíciles de reproducir en el laboratorio, donde resulta complicado aislar una amplia gama de este tipo de compuestos a la vez y en cantidades significativas.
Ahora, biofísicos de la Universidad de Múnich (Alemania) han comprobado que los flujos de calor que circulan por las grietas en las rocas, como las que se encuentran en volcanes o los sistemas geotérmicos, pueden purificar moléculas relevantes en los orígenes químicos de la vida. Los resultados se publican en la revista Nature.
Para realizar su investigación han utilizado cámaras de inspiración geológica con diminutas grietas, de unas 170 micras de grosor. En la corteza terrestre se pueden encontrar vastas redes con fisuras similares y se cree que abundaban en nuestro planeta antes de que se formaran los primeros organismos vivos.
"Nuestro sistema experimental (cámaras delgadas con diferencias de temperatura entre ambos lados) imita esas grietas de la roca por las que fluye el calor", explica a SINC uno de los autores, Christof Mast.
"Dado que este se puede considerar un residuo energético universal de muchos procesos y que esas fisuras se producen, por ejemplo, por enfriamiento rápido de roca caliente, el proceso que estamos estudiando podría tener lugar cerca de regiones volcánicamente activas o en sistemas hidrotermales o geotérmicos submarinos", añade.
Aislar moléculas prebióticas
La red de grietas recreada en el laboratorio se utilizó para separar más de 50 moléculas importantes para la vida prebiótica a partir de mezclas complejas de aminoácidos, nucleobases (adenina, citosina, guanina, timina y uracilo), nucleótidos y otros compuestos.
Esas mezclas se filtraron a lo largo de un gradiente de temperatura, lo que permitió aislar y enriquecer moléculas específicas debido a ligeras diferencias en su estructura molecular. Así se lograron separar, por ejemplo, algunos aminoazoles y aminoácidos, aumentando sus concentraciones en un factor de diez y tres órdenes de magnitud, respectivamente.
Los porcentajes se pudieron mejorar aún más al incrementar el tamaño de la red de grietas, y se demostró su eficacia con diversas temperaturas, disolventes y valores de pH.
"Nuestras investigaciones muestran cómo simples flujos de calor podrían haber puesto orden en medio del caos químico de los tiempos primordiales y haber fomentado las primeras reacciones prebióticas", afirma Mast.
En concreto, se confirmó que las condiciones experimentales facilitaban el acoplamiento de dos moléculas del aminoácido glicina, punto de partida en la síntesis de péptidos, gracias a la formación de concentraciones cinco veces superiores a las de la mezcla de partida.
Experimento y modelo de la dimerización de la glicina (Gly) con trimetafosfato (TMP) y flujo de calor en las grietas. / T. Matreux et al./Nature
En conjunto, el grupo de Mast ha demostrado experimentalmente la acumulación selectiva en más de 60 componentes prebióticos y sus distintas respuestas ante los gradientes térmicos de las fisuras de la roca.
"En un sistema de grietas y fisuras interconectadas en la roca, este efecto se refuerza y produce mezclas con diferentes composiciones de sustancias prebióticas en cada fisura", sostiene Thomas Matreux, otro de los autores.
Por su parte, la coautora Paula Aikkila comenta: "Aunque la solución inicial era uniformemente diluida y, por tanto, poco reactiva, unos simples flujos de calor pueden generar una asombrosa variedad de posibles condiciones de partida para la química prebiótica".
Según los investigadores, el éxito de su método indica que los flujos de calor geotérmico de origen natural podrían haber impulsado la separación de sustancias en la Tierra primitiva y proporciona una técnica eficaz para producir los compuestos necesarios para estudiar los orígenes de la vida.
Mast concluye: "El escenario que investigamos podría haber sido una herramienta muy general y ampliamente disponible para que la naturaleza permitiera que diferentes pasos de reacción tuvieran lugar de forma controlada mediante el enriquecimiento termogravatorio de productos intermedios. Obsérvese que solo hemos aplicado el enriquecimiento a la reacción de dimerización de la glicina, muy sencilla. La investigación futura se centrará en reacciones prebióticas más complejas que comprendan múltiples pasos de reacción".
Referencia:
Thomas Matreux, Christof B. Mast et al. "Heat flows enrich prebiotic building blocks and enhance their reactivity". Nature
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