Cómo pudieron formarse las primeras biomoléculas
Un equipo internacional demuestra que los primeros compuestos biológicamente relevantes podrían haberse originado en la superficie de la Tierra
Los precursores químicos de las biomoléculas actuales podrían haberse formado no sólo en las profundidades del mar, en los respiraderos hidrotermales, sino también en estanques calientes de la superficie de la Tierra. Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena ha reproducido ahora en experimentos las reacciones químicas que pudieron producirse en esta "sopa primordial". Incluso han descubierto que una de las nucleobases, que representan el código de nuestro material genético, podría haberse originado en la superficie de nuestro planeta.
El Prof. Dr. Wolfgang Weigand conversa con su colega el Dr. Mario Grosch a través del Zoom
Anne Günther/Universität Jena
La Tierra tiene unos 4.600 millones de años y no siempre fue un lugar hospitalario para la vida. En los primeros cien millones de años, la atmósfera de nuestro planeta estaba formada principalmente por nitrógeno, dióxido de carbono, metano, sulfuro de hidrógeno y cianuro de hidrógeno, también conocido como ácido cianhídrico. El oxígeno libre no existía. En estas condiciones, el sulfuro de hierro, que se transforma en óxido de hierro cuando se expone al oxígeno, es estable. Sin embargo, en la superficie del sulfuro de hierro pueden tener lugar reacciones biológicamente importantes, similares a las que se producen en ciertas enzimas basadas en el hierro y el azufre, como las nitrogenasas y las hidrogenasas.
Un redescubrimiento accidental lo hizo posible
"Nos preguntamos: ¿qué ocurre cuando el sulfuro de hierro de esta atmósfera primordial entra en contacto con el ácido cianhídrico?", explica el profesor Wolfgang Weigand, del Instituto de Química Inorgánica y Analítica de la Universidad de Jena. "Nos ayudó el hecho de haber descubierto accidentalmente una forma especialmente reactiva de sulfuro de hierro en una exitosa colaboración con mi colega el profesor Christian Robl. Esta forma ya había sido descubierta dos veces en la historia, y en cada ocasión volvió a ser olvidada: una vez en 1700 y otra en los años 20. Por así decirlo, los dos estudiantes de doctorado de entonces, Robert Bolney y Mario Grosch, la descubrieron por tercera vez", añade. Los dos químicos observaron en el laboratorio que cuando se agita el polvo de hierro con azufre en agua y se calienta ligeramente, al cabo de cierto tiempo se forma sulfuro de hierro como mackinawita en una reacción explosiva. Este mineral sirvió de catalizador en el experimento de la "sopa primordial".
Una letra del código genético puede haberse creado de esta manera
"Añadimos cianuro de potasio, ácido fosfórico y agua al sulfuro de hierro en una atmósfera de nitrógeno y calentamos la mezcla a 80 grados Celsius. El ácido fosfórico convierte el cianuro de potasio en ácido cianhídrico. A continuación, tomamos muestras de gas de la atmósfera de los respectivos recipientes y las analizamos", explica Weigand. Los investigadores encontraron sustancias que podrían haber servido como precursores químicos de las biomoléculas actuales.
En la revista científica ChemSystemsChem, el equipo confirma, entre otras cosas, el descubrimiento de tioles, que aparecen como lípidos en las membranas celulares, así como de acetaldehído, necesario como precursor de los bloques de construcción del ADN (llamados nucleósidos). "Fue especialmente emocionante que en estas condiciones suaves pudiéramos incluso detectar la adenina, una nucleobase que es una de las cinco letras del código genético", añade Weigand con entusiasmo.
Mediante el etiquetado de isótopos, el equipo pudo comprobar que el cianuro proporcionaba efectivamente el carbono para las moléculas que encontraron. Weigand explica: "En este experimento, el cianuro de potasio no contenía el isótopo carbono-12, que es el isótopo que representa el 98,9% del carbono que se encuentra de forma natural en el medio ambiente. En su lugar, estaba el isótopo más pesado -y también estable- del carbono-13. Fue este isótopo el que encontramos en los productos de la reacción. De este modo, pudimos demostrar de forma inequívoca que los átomos de carbono de las moléculas que encontramos procedían realmente del cianuro de potasio marcado con isótopos".
Décadas de imaginación y paciencia
Weigand agradece especialmente la colaboración de todo el equipo internacional: "Realmente se necesita imaginación y paciencia para un trabajo así", dice. "Y Robert Bolney y Mario Grosch lo han demostrado. La cooperación con nuestros colegas de la Universidad de California en Irvine y de la LMU de Múnich también fue ejemplar".
La importancia de la imaginación y, sobre todo, de la paciencia en la ciencia la ejemplifica el propio Wolfgang Weigand. Porque en 2003 recibió el Premio de Investigación de Turingia junto con el profesor Günter Kreisel de la Universidad de Jena y el Dr. Willi Brand del Instituto Max Planck de Biogeoquímica de Jena por su artículo "Una posible formación prebiótica de amoníaco a partir de nitrógeno molecular en superficies de sulfuro de hierro".
Ahora, casi 20 años después, Weigand también ha podido demostrar que los primeros compuestos de carbono, a partir de los cuales surgió la vida, podrían haberse formado en estas condiciones a partir de cianuro en la superficie de la Tierra.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Mario Grosch, Martin T Stiebritz, Robert Bolney, MarioWinkler, Eric Jückstock, Hannah Busch, Sophia Peters, Alexander F. Siegle, Joris van Slageren, Markus Ribbe, YilinHu, Oliver Trapp, Christian Robl, Wolfgang Weigand: Mackinawite supported reduction of C1 substrates intoprebiotically relevant precursors. ChemSystemsChem (2022)
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