La vida en la Tierra pudo surgir solo con moléculas de ARN

Una nueva investigación sugiere que la vida en la Tierra surgió a partir de la actividad de las moléculas de ARN, sin necesidad de proteínas ni de ADN: científicos japoneses han creado una molécula de ARN que se replica, diversifica y desarrolla hasta la complejidad.

Investigadores de la Universidad de Tokio han podido por primera vez crear una molécula de ARN que se replica, diversifica y desarrolla hasta la complejidad, siguiendo la evolución darwiniana.

Los túneles cuánticos habrían traído la vida a la Tierra

Este descubrimiento proporciona la primera evidencia empírica de que las moléculas biológicas simples pueden conducir a la aparición de sistemas complejos similares a los de la vida, según los investigadores.

Sin embargo, este descubrimiento no es tan novedoso, aclara a Tendencias21 el catedrático de genética Eduardo Costas, ya que se sabe desde hace tiempo que el RNA tiene una labor autocatalítica, mediante la cual una molécula de RNA puede catalizar su propia replicación. Añade Costas que el pionero de todo esto fue Thomas. R. Cech y sus hipótesis del Ribozima. En 1989, Cech ganó el Premio Nobel "por los descubrimientos de los procesos químicos de propiedades catalizadoras del ácido ribonucleico".

Mundo de ARN

En cualquier caso, el nuevo descubrimiento refuerza la hipótesis del mundo de ARN, cuyos orígenes se remontan a 1963, según la cual la vida en la Tierra surgió a partir de la actividad de las moléculas de ARN, sin necesidad de proteínas ni de ADN.

Las moléculas de este ácido nucleico originaron a continuación otras moléculas capaces de sintetizar proteínas y las moléculas de ADN. Estas moléculas, finalmente, al rodearse con liposomas, formarían las primeras células, que constituyen la unidad estructural y funcional de la vida.

Para verificar esta teoría, los científicos han intentado en el pasado recrear en laboratorio las condiciones de la Tierra primitiva, y han conseguido obtener máquinas de ARN que pueden llevar a cabo reacciones químicas para hacer algunas partes de un nucleótido.

Estos logros han demostrado que el ARN puede realizar reacciones químicas que construyen nucleótidos. Pero hasta ahora nadie había creado una máquina de ARN que pudiera generar nucleótidos enteros a partir de ingredientes que estarían disponibles en la Tierra primitiva.

Esencias de la vida

El ADN, el ARN y las proteínas son esenciales para la vida en la Tierra. El ADN almacena las instrucciones para la construcción de los seres vivos, desde las bacterias hasta los insectos. Y las proteínas a su vez llevan a cabo las reacciones químicas necesarias para mantener las células vivas y sanas.

Hasta hace poco, se pensaba que el ARN era solo un mensajero entre el ADN y las proteínas, y que únicamente llevaba las instrucciones como ARN mensajero (ARNm) para construir proteínas.

Sin embargo, se ha comprobado que el ARN puede hacer mucho más: lleva a cabo reacciones químicas, como las proteínas, y porta también información genética, como el ADN.

Y como el ARN puede hacer ambos trabajos, la mayoría de los científicos ha sospechado desde hace tiempo que la vida, tal como la conocemos, pudo haber comenzado en un mundo de solo ARN.

Podría ser…

Aunque ha habido muchas discusiones sobre esta teoría, ha sido difícil crear físicamente estos sistemas de replicación de ARN. Sin embargo, en un estudio publicado en Nature Communications, los investigadores Ryo Mizuuchi y Norikazu Ichihashi explican que llevaron a cabo un experimento de replicación de ARN a largo plazo en el que presenciaron la transición de un sistema químico hacia una complejidad biológica.

"Descubrimos que la especie única 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", dijo Mizuuchi en un comunicado, refiriéndose a la hipótesis del mundo de ARN.

En comparación con estudios empíricos anteriores, este nuevo resultado es novedoso porque el equipo utilizó un sistema de replicación de ARN único que puede sufrir una evolución darwiniana, es decir, un proceso de cambio continuo basado en mutaciones y selección natural que se perpetúa a sí mismo.

Este proceso permitió que surgieran diferentes características que se adaptaron al medio para sobrevivir, enfatizan los investigadores.

"Honestamente, al principio dudamos de que moléculas de ARN tan diversas pudieran evolucionar y coexistir", comentó Mizuuchi. “En biología evolutiva, el principio de exclusión competitiva establece que más de una especie no puede coexistir si compiten entre sí por los mismos recursos. Esto significa que las moléculas deben establecer una forma de utilizar 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”. Y eso es lo que han comprobado.

Solo el comienzo

Según Mizuuchi, “La simplicidad de nuestro sistema de replicación molecular, en comparación con los organismos biológicos, nos permite examinar los fenómenos evolutivos con una resolución sin precedentes. La evolución de la complejidad vista en nuestro experimento es solo el comienzo. Deberían ocurrir muchos más eventos hacia el surgimiento de sistemas vivos”.

Por supuesto, todavía quedan muchas preguntas por responder, pero esta investigación ha proporcionado una mayor comprensión empírica de una posible ruta evolutiva que un replicador de ARN temprano pudo haber tomado en la Tierra primitiva.

Mizuuchi concluye: "estos resultados podrían ser una pista para resolver la última pregunta que los seres humanos se han estado haciendo durante miles de años: ¿cuáles son los orígenes de la vida?"

Referencia

Evolutionary transition from a single RNA replicator to a multiple replicator network. Ryo Mizuuchi et al. Nature Communications volume 13, Article number: 1460 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-29113-x