Acabamos de recibir más evidencia de que la vida en la Tierra pudo haber comenzado con el ARN, con científicos en Japón creando ARN que puede replicarse, diversificarse y desarrollar complejidad por sí solo.
Mucho antes de que la Tierra tuviera sus primeras células en ciernes de cieno primordial, estaba inundada con una sopa orgánica batida que se encontraba al borde de algo profundo.
Esa delgada línea entre la química compleja y la evolución de la vida representa un momento crucial en el surgimiento de la biología. Desafortunadamente, a pesar de su importancia, conocemos muy pocos detalles sobre cómo sucedió exactamente.
Un experimento realizado por científicos de la Universidad de Tokio ahora ha reforzado la opinión de que los talentos únicos del ARN tienen lo que se necesita para explicar cómo surgió la vida hace miles de millones de años, lo que respalda lo que se conoce como la hipótesis del ‘mundo del ARN’.
Pero la investigación también muestra que podría no haber sucedido exactamente como pensábamos.
Su trabajo muestra cómo una molécula que sigue siendo crucial para la supervivencia y la reproducción de todos los seres vivos hoy en día puede avanzar poco a poco hacia un sistema en evolución si trabaja en equipo.
“Encontramos que la única especie de ARN evolucionó hasta convertirse en un sistema de replicación complejo: una red de replicadores que comprende cinco tipos de ARN con diversas interacciones, lo que respalda la plausibilidad de un escenario de transición evolutiva previsto desde hace mucho tiempo”. dice biólogo evolutivo Ryo Mizuuchi.
Despojada de sus elementos más esenciales, la vida está compuesta de moléculas que pueden hacer copias imperfectas de sí mismas, produciendo una población virtualmente ilimitada de variantes que podrían (o no) mantenerlas unidas el tiempo suficiente para hacer copias de sí mismas.
En efecto, la búsqueda del origen de la vida ha sido una cacería de candidatos que puedan llevar a cabo esta tarea de replicación sin un elenco de apoyo de materiales orgánicos altamente especializados, como ADN o proteínas, para ayudar.
El ARN ha sido durante mucho tiempo un favorito en esta búsqueda. Actualmente es omnipresente en toda la biosfera, podría haber estado presente en la Tierra antigua como resultado de procesos no biológicos, puede conservar una gran cantidad de información y actuar como una unidad física dinámica.
Esto significa que potencialmente podría crear estructuras que puedan construir físicamente nuevas moléculas que a su vez puedan construir nuevas estructuras. Si este proceso es imperfecto, algunas de las estructuras ‘replicadoras’ harán el trabajo más rápido o más eficientemente que otras, convirtiéndose en la forma dominante de ARN… al menos, hasta que surja algo aún mejor.
Tan atractiva como es esta idea, lo sabemos desde hace décadas que las unidades autoconstruidas de moléculas de ARN individuales son demasiado simples y demasiado inestables para tal escenario. Incluso su hermano desoxigenado, el ADN, carece de las agallas para mantenerse unido el tiempo suficiente para que la selección natural tenga un buen comienzo.
Eso no significa que varios hilos que actúan como un equipo no puedan realizar el trabajo. Tener un puñado de diferentes unidades replicativas actuando a nivel de población podría resolver fácilmente este problema de información.
Se han diseñado varios replicadores alrededor del ARN, el ADN e incluso las proteínas para mostrar cómo esto podría funcionar de manera factible, y los investigadores hacen todo lo posible para construir una funcionalidad que permita que las estructuras de las moléculas cooperen y hagan copias a un ritmo adecuado.
Si bien pueden mantener la replicación, hasta ahora ninguno se ha vuelto más complejo con el tiempo, lo que deja abierta la cuestión de si el ARN es capaz de evolucionar.
El equipo de Mizuuchi ha descifrado el diseño correcto de moléculas de ARN para crear moléculas replicadoras individuales que pueden operar colectivamente no solo para preservar la información y cambiar con el tiempo, sino también para hacerlo de tal manera que la solución se vuelva más compleja en generaciones sucesivas.
Su experimento usó longitudes clonadas de ARN en gotas de agua suspendidas en aceite que se sometieron a más de cien rondas de replicación, y cada ronda se probó y analizó.
“Honestamente, al principio dudábamos de que ARN tan diversos pudieran evolucionar y coexistir”. dice Mizuuchi.
“En biología evolutiva, el ‘principio de exclusión competitiva’ establece que más de una especie no puede coexistir si compiten por los mismos recursos. Esto significa que las moléculas deben establecer una forma de usar diferentes recursos uno tras otro para una diversificación sostenida. Son solo moléculas, por lo que nos preguntamos si era posible que las especies químicas no vivas desarrollaran espontáneamente tal innovación”.
La prueba de concepto demuestra que esto es posible, siempre y cuando el ARN no compita entre sí por los recursos, sino que dependa el uno del otro en una especie de huésped-parásito. Si se elimina incluso un replicador de ARN, los demás se extinguen.
Si bien podemos estar más seguros de que un escenario de ‘ARN mundial’ es plausible, no llega a mostrar cómo floreció la vida en la Tierra hace miles de millones de años. Para eso necesitaríamos diversos cuerpos de evidencia, desde geología hasta astrofísica, para construir un caso convincente.
No obstante, es un sólido paso adelante en nuestra búsqueda de modelos químicos de evolución que sean capaces de transformar la sustancia primordial en una deslumbrante variedad de biodiversidad que continúa volviéndose más compleja hasta el día de hoy.
Esta investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza.