Los componentes básicos de la vida pueden haberse formado en el rocío marino primordial

Es un paradoja: La vida necesita agua para sobrevivir, pero un mundo lleno de agua no puede generar las biomoléculas que habrían sido esenciales para los comienzos de la vida. O eso pensaron los investigadores.

El agua está en todas partes. La mayor parte del cuerpo humano está hecho, gran parte del planeta tierra está cubierta con él, y los humanos no pueden sobrevivir más de una unos dias sin beber. Las moléculas de agua tienen Características únicas que les permiten disolver y transportar compuestos a través de su cuerpo, proporcionar estructura a sus células y regular su temperatura. De hecho, las reacciones químicas básicas que permiten la vida tal como la conocemos requieren agua, fotosíntesis siendo un ejemplo.

Sin embargo, cuando las primeras biomoléculas como las proteínas y el ADN comenzaron a unirse en las primeras etapas del planeta Tierra, el agua era en realidad una barrera para la vida.

La razón es sorprendentemente simple: la presencia de agua evita que los compuestos químicos pierdan agua. Tomemos, por ejemplo, las proteínas, que son una de las principales clases de moléculas biológicas que componen su cuerpo. Las proteínas son básicamente cadenas de aminoácidos unidos entre sí por enlaces químicos. Estos enlaces se forman a través de un reacción de condensación lo que resulta en la pérdida de una molécula de agua. Esencialmente, los aminoácidos deben estar «secos» para formar una proteína.

Mientras que la Tierra antes de la vida era cubierto de aguaEra un gran problema para hacer las proteínas esenciales para la vida. Como tratar de secarse dentro de una piscina, dos aminoácidos habrían luchado por perder agua para unirse en el sopa primordial de la Tierra primitiva. Y no son solo las proteínas las que se han enfrentado a este problema en presencia de agua: otras biomoléculas esenciales para la vida, incluido el ADN y los azúcares complejos, también dependen de reacciones de condensación y pérdida de agua para formarse.

A lo largo de los años, los investigadores han propuesto muchas soluciones a esta “paradoja del agua”. La mayoría de ellos se basan en escenarios muy específicos de la Tierra primitiva que podrían haber permitido la eliminación del agua. Éstos incluyen charcos de secado, superficies minerales, aguas termales y respiraderos hidrotermales, Entre otros. Estas soluciones, aunque plausibles, requieren condiciones geológicas y químicas especiales que podrían no haber sido comunes.

En nuestro estudio reciente, mis colegas y yo encontró una solución más simple y más general a la paradoja del agua. Irónicamente, podría ser el agua misma, o para ser más precisos, gotas de agua muy pequeñas, lo que permitió que se formaran las primeras biomoléculas.

¿Por qué microgotas?

Las gotas de agua están en todas partes, tanto en el mundo moderno como especialmente durante la Tierra prebiótica (o anterior a la vida). En un planeta cubierto de olas rompientes y mareas furiosas, las pequeñas gotas de agua spray de mar y otros aerosoles presumiblemente habría proporcionado un lugar simple y abundante para primeras biomoléculas en ensamblarse.

Microgotas de agua: generalmente gotas muy pequeñas con diámetros aproximadamente una millonésima de metromucho más pequeño que el diámetro de la seda de araña– puede parecer que no resuelve la paradoja del agua al principio, hasta que considere los entornos químicos muy particulares que crean.

Las microgotas tienen una proporción sustancial de superficie a volumen que se vuelve más grande cuanto más pequeña es la gota. Esto quiere decir que existe un espacio significativo donde se encuentran el disolvente que los compone (en este caso, el agua) y el medio que los rodea (en este caso, el aire).

A lo largo de los años, los investigadores han demostrado que la interfaz aire-agua es un entorno químico único. La química de estas interfaces de microgotas está dominada por grandes campos eléctricos, solvacion parcial donde las moléculas están parcialmente rodeadas de agua, moléculas altamente reactivasy muy alta acidez. Todos estos factores permiten que las microgotas aceleren las reacciones químicas que tienen lugar en ellas.

nuestro laboratorio ha estado estudiando las microgotas desde décaday nuestro trabajo anterior ha demostrado cómo la velocidad de las reacciones químicas comunes se puede acelerar a un millones de veces más rápido en microgotas. Las reacciones que habrían tomado un día completo ahora podrían completarse en solo una fracción de segundo usando estas pequeñas gotas.

Dentro nuestro trabajo recientehemos propuesto que las microgotas podrían ser una solución a la paradoja del agua porque su interfaz aire-agua no solo acelera las reacciones sino que también actúa como una «superficie de secado» que facilita las reacciones necesarias para crear biomoléculas a pesar de la presencia de agua.

Probamos esta teoría rociando aminoácidos disueltos en microgotas de agua hacia un espectrómetro de masas, un instrumento que se puede utilizar para analizar los productos de una reacción química. Descubrimos que dos aminoácidos pueden unirse con éxito en presencia de agua a través de microgotas. Cuando añadimos más aminoácidos y chocamos dos rocíos de esta mezcla, imitando las olas del mundo prebiótico, descubrimos que podía formar cadenas peptídicas cortas de hasta seis aminoácidos.

Nuestros hallazgos sugieren que las microgotas de agua en entornos como el rocío marino o los aerosoles atmosféricos fueron microrreactores fundamentales en la Tierra primitiva. En otras palabras, las microgotas pueden haber proporcionado un medio químico que permitió que se formaran las moléculas básicas de la vida a partir de pequeños compuestos disueltos en el vasto océano primordial que cubría el planeta.

Pasado y futuro de las microgotas

La química de microgotas podría ser útil para abordar los desafíos actuales en muchos campos científicos.

El descubrimiento de fármacos, por ejemplo, requiere sintetizar y probar cientos de miles de compuestos para encontrar un nuevo fármaco potencial. El poder de las reacciones de microgotas se puede integrar con automatización y nuevas herramientas para acelerar las tasas de síntesis más de una reacción por segundo tan bueno como análisis biológico menos de un segundo por muestra.

De esta manera, el mismo fenómeno que podría haber contribuido al origen de los componentes básicos de la vida hace miles de millones de años ahora puede ayudar a los científicos a desarrollar nuevos medicamentos y materiales de manera más rápida y eficiente.

Puede ser J. R. R. Tolkien tenía razón cuando escribió: «Tal es a menudo el curso de las acciones que hacen girar los engranajes del mundo: las manos pequeñas las hacen porque deben hacerlo, mientras que los ojos de los grandes están en otra parte».

Creo que la importancia de estas pequeñas gotas es mucho mayor que su pequeño tamaño.

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