Es posible que se haya identificado la forma de los primeros bloques de construcción de la vida que datan de hace 3.500 millones de años, debido a un nuevo esfuerzo para prever los arreglos moleculares de las primeras proteínas del planeta.
Utilizando modelos informáticos para simular la configuración de moléculas antiguas que ya no existen en la Tierra, los científicos rastrearon el esquema de lo que afirman podría ser un antepasado común de las familias modernas de enzimas que permiten que la vida prospere catalizando reacciones de transferencia de electrones.
"La vida en la Tierra es eléctrica", investigadores de la Universidad de Rutgers explique en el sitio web de ENIGMA, un laboratorio dedicado al estudio de la evolución de las nanomáquinas en geosferas y antepasados microbianos.
"El circuito electrónico está catalizado por un pequeño subconjunto de proteínas que funcionan como nanomáquinas sofisticadas".
(Vikas Nanda / Universidad de Rutgers)
Encima: Un pliegue (forma) que pudo haber sido una de las primeras proteínas en la evolución del metabolismo.
Pero, ¿cómo eran estas proteínas primordiales, literalmente hace millones de milenios? Es un gigante desconocido, y uno que enmarca la existencia del laboratorio ENIGMA, en parte financiado por la NASA a través del Programa de Astrobiología de la agencia espacial.
Es comprensible que no sea una pregunta fácil de responder, dado que las enzimas en cuestión se remontan al Archean Eon, que duró entre 4 y 2.500 millones de años atrás, y ahora están extintas hace mucho tiempo. No obstante, la vida tenía que venir de algún lado.
"Creemos que la vida se construyó a partir de bloques de construcción muy pequeños y surgió como un conjunto de Lego para crear células y organismos más complejos como nosotros". dice biofísico ambiental e investigador principal de ENIGMA Paul G. Falkowski de la Universidad de Rutgers-New Brunswick.
"Creemos que hemos encontrado los componentes básicos de la vida: el conjunto de Lego que condujo, en última instancia, a la evolución de las células, los animales y las plantas".
En el estudio, los investigadores analizaron y compararon las estructuras de proteínas 3D existentes para ver si podían determinar un antepasado común que pudiera adaptarse mejor al molde en el pasado evolutivo distante de la proteína.
Específicamente, los investigadores buscaban cuantificar las similitudes entre los pliegues de proteínas, las formas que toman las cadenas de aminoácidos en tres dimensiones, para encontrar un modelo topológico simple de cómo podrían haber sido las moléculas de proteínas antiguas hace mucho tiempo, antes de volverse más complejas y diversas. miles de millones de años.
"Descubrimos que dos pliegues recurrentes eran fundamentales para el origen del metabolismo", señalaron los investigadores. explicar en su papel.
"Es probable que estos dos pliegues compartan un ancestro común que, a través de la duplicación, el reclutamiento y la diversificación, evolucionó para facilitar la transferencia de electrones y la catálisis en una etapa muy temprana en el origen del metabolismo".
Los dos pliegues que encontraron fueron pliegues de ferredoxina
Puede que no parezca mucho, pero esas estructuras básicas, que podrían haber tenido un ancestro singular, podrían haber sido la plantilla estructural de las proteínas antiguas que hicieron posible todo lo demás en la Tierra (metabólicamente hablando).
"Presumimos que las primeras proteínas eran péptidos pequeños y simples (proteínas con cadenas muy cortas) que extraían energía del medio ambiente en forma de moléculas donadoras de electrones en el océano / atmósfera / rocas y las movían a otras moléculas que aceptan electrones". uno de los miembros del equipo, biólogo molecular, Vikas Nanda, dijo Cosmos.
"La energía se libera en esta reacción de transferencia de electrones y esta es la energía que impulsa toda la vida".
Por supuesto, el equipo reconoce que su enfoque de modelado, basado en la comparación de topologías de proteínas, solo es capaz de demostrar linajes hipotéticos.
En otras palabras, esto es solo lo que piensan que eran las primeras proteínas. No podemos estar seguros, dadas las limitaciones de este tipo de investigación.
"En el ámbito de la inferencia evolutiva en el tiempo profundo" ellos dicen, "estamos necesariamente limitados a deducir lo que pudo haber sucedido, en lugar de demostrar lo que sucedió".
Pero eso no quiere decir que otros experimentos no puedan ir más allá en el rastreo del árbol genealógico de la vida. El equipo señala que ellos, como otros investigadores, en realidad están tratando de recrear versiones funcionales de estos tipos de proteínas en el laboratorio.
Si tienen éxito, nos acercará un paso más a la comprensión. cómo surgió la bioquímica de la geoquímica, dicen los investigadores, algo que podría ayudarnos a identificar los componentes básicos de la vida más allá de la Tierra.
"En última instancia, nuestro objetivo es el esfuerzo propuesto para informar a las futuras misiones de la NASA sobre la detección de vida en cuerpos planetarios en zonas habitables". El sitio web de ENIGMA explica.
"Nuestro esfuerzo proporciona una ventana única a las características químicas potenciales a escala planetaria que podrían surgir de la química abiótica, que debe entenderse si queremos reconocer biosignaturas únicas en otros mundos".
Los hallazgos se informan en PNAS. (El enlace aún no está disponible al momento de escribir).