Lo que el pis de cerdo de una granja catalana nos ense帽贸 sobre el origen de la vida

By 02/05/2021 Portal

Hace nueve a帽os, el responsable de una granja en Ma莽anet de la Selva (Girona) observ贸 algo muy curioso. Debido a unas obras, hab铆a que limpiar una fosa s茅ptica que hab铆a contenido purines de cerdo durante a帽os. La operaci贸n puso al descubierto una magn铆fica formaci贸n de cristales que tapizaban las paredes de hormig贸n de la fosa. El juicioso granjero, fascinado por el singular fen贸meno, recogi贸 numerosas muestras y, pensando en el potencial inter茅s de los cristales, remiti贸 varios a nuestro laboratorio.

Los identificamos como struvita, fosfato de magnesio y amonio. Aparte del tama帽o de los cristales, no hab铆a nada extra帽o. La struvita es habitual en ambientes pobres en ox铆geno, con amon铆aco y materia org谩nica. Si usted encuentra cristales o una arenilla cristalina en una lata de conserva de pescado podr铆a tratarse de struvita formada tras el enlatado. No se preocupe: es inocua y no implica una mala conservaci贸n.

Cristal de struvita de 1 cm, de la granja de Ma莽anet de la Selva.Esta an茅cdota cobr贸 inter茅s pasados unos a帽os. Fue durante las discusiones sobre la qu铆mica del origen de la vida, que manten铆amos en el NSF-NASA Center for Chemical Evolution. Quer铆amos entender un viejo problema del origen de la vida: 驴c贸mo se incorpor贸 el fosfato a la evoluci贸n qu铆mica (procesos de s铆ntesis, ensamblaje y selecci贸n molecular que llevan hacia la complejidad bioqu铆mica y la vida)?. Esto pudo ocurrir en la Tierra hace unos 4.200 millones de a帽os y el fosfato es una de las claves.

Aquella fosa gerundense fue inspiradora en nuestra investigaci贸n sobre el tema.

脷nase y apueste por informaci贸n basada en la evidencia.

Fosfato: el soporte del libro de la vida
Quiz谩 lo primero que venga a la mente al pensar en f贸sforo y vida sean los huesos, formados por fosfato c谩lcico. Pero, si viajamos por el mundo molecular, vemos que el fosfato es clave en la comunicaci贸n y regulaci贸n celular, en el metabolismo y la energ铆a. Tambi茅n forma el armaz贸n del ADN y el ARN.

El fosfato conecta las letras en el ADN, y es el soporte ideal para la informaci贸n gen茅tica. Favorece la formaci贸n de la doble h茅lice, el plegamiento de estructuras como el ribosoma, es esencial en la interacci贸n entre ADN y prote铆nas y en procesos b谩sicos de la biolog铆a molecular como la replicaci贸n. El fosfato es el encuadernado de un libro muy flexible, sobre el que se puede escribir la informaci贸n de modo que se pueda leer, copiar y corregir.

Una secuencia de ADN B. Los fosfatos (azul) encadenan y soportan la informaci贸n, en forma de una secuencia de bases (cajas cian)

Imagen creada con UCSF Chimera.
No conocemos ninguna alternativa viable al fosfato que permita la evoluci贸n tal como la conocemos. Por ello, pensamos que en el proceso que dio origen a la vida hubo un momento decisivo en el que entr贸 el fosfato desde el entorno mineral. Pero el fosfato tiende a formar minerales muy insolubles y, adem谩s, es dif铆cil que reaccione con los precursores org谩nicos de la vida.

Esta dificultad se denomin贸 鈥渆l problema del fosfato鈥, y nos interesaba explorar posibles soluciones.

La intuici贸n de Darwin
Algunos meteoritos son ricos en schreibersita (fosfuro de hierro), una forma de f贸sforo muy rara en nuestro planeta. En la Tierra primitiva, sometida a un intenso bombardeo meteor铆tico, este fosfuro debi贸 ser mucho m谩s frecuente. Nuestro colega Matthew Pasek observ贸 algo muy interesante: la schreibersita se meteoriza liberando especies de f贸sforo activas, que forman f谩cilmente compuestos org谩nicos con fosfato. Tal vez los meteoritos eran la clave del problema del fosfato.

Sin embargo, parec铆a dif铆cil que la schreibersita fuera eficaz para impulsar la evoluci贸n qu铆mica, ya que s贸lo es una parte menor de un peque帽o porcentaje de los meteoritos totales. Se ha visto que el impacto de rayos en suelos con fosfato da lugar a fulguritas con fosfuro, lo que aumentar铆a su abundancia.

Nosotros nos planteamos una idea distinta: el fosfato es la forma m谩s abundante de f贸sforo. Adem谩s, el fosfato tiende a concentrarse en ambientes volc谩nicos formando por ejemplo las tefras de fosfato con minerales como apatitos o merrillita. En una zona volc谩nica, en la que se formen charcas que se secan e inundan estacionalmente, podr铆an acumularse minerales de alteraci贸n y compuestos org谩nicos formados en lo que llamamos qu铆mica prebi贸tica.

Si esto ocurre sobre un suelo con fosfato, 驴se formar谩n precursores del ARN?

Era inevitable recordar la carta que Charles Darwin escribi贸 en 1871 a J.D. Hooker, en la que imaginaba una 鈥減eque帽a charca caliente鈥 conteniendo fosfato y amon铆aco, donde, por efecto de la luz, calor y descargas el茅ctricas, podr铆a haberse formado la materia org谩nica que precedi贸 la vida. Pensamos que esa 鈥渃harca caliente鈥 primordial debi贸 parecerse a nuestra fosa s茅ptica gerundense, rica en urea y materia org谩nica. Adem谩s, debi贸 contener otros componentes relevantes en la Tierra primitiva, como cianuro y sus derivados.

Cuando llevamos a cabo el experimento de 鈥渃harca de urea鈥 sobre mineral de fosfato, se formaron bellos cristales de struvita. Algunos cient铆ficos pensaban que la estruvita es un mineral asociado a la vida. De hecho, en la fosa s茅ptica, la descomposici贸n bacteriana de la urea crea las condiciones para su formaci贸n. Nosotros vimos que es posible su formaci贸n en ausencia de vida. Adem谩s, la combinaci贸n de struvita y urea promueve, entre otros, la formaci贸n de los precursores del ARN.

A: Schreibersita (flechas amarillas) en un fragmento de meteorito met谩lico; B: Rocas Wishstone, ricas en fosfato (apatito), en el cr谩ter Gusev, Marte. La meteorizaci贸n de 茅stas rocas podr铆a dar lugar a la formaci贸n de struvita y precursores de la vida. C: Cristales de struvita y un mineral relacionado, newberyita, formados durante nuestros experimentos, a partir de rocas ricas en fosfato

C. Menor Salv谩n (A, C) / NASA/JPL/Cornell (B)
As铆, no dependemos de meteoritos y rayos para explicar c贸mo el fosfato entr贸 en la evoluci贸n prebi贸tica. Bastar铆a con la propia geoqu铆mica del planeta. Por supuesto, ambos procesos podr铆an haber ocurrido simult谩neamente, contribuyendo a la formaci贸n de compuestos fosfatados.

Los procesos qu铆micos que dieron lugar a los precursores de la vida tambi茅n pudieron cambiar las rocas, contribuyendo a su meteorizaci贸n y formando minerales como la estruvita. En el origen de la vida no solo hay que tener en cuenta mol茅culas como el ARN. Tambi茅n es muy importante el contexto geol贸gico y los minerales. Por ello, la exploraci贸n de la geolog铆a y mineralog铆a de Marte es importante para entender c贸mo se origin贸 la vida. Si en Marte se encontraran minerales relacionados con la struvita, podr铆an ser un marcador prebi贸tico que nos indicar铆a que en el planeta pudo darse el inicio del camino hacia la vida.

C茅sar Menor-Salv谩n es Profesor Ayudante Doctor. Bioqu铆mica y Astrobiolog铆a. Departamento de Biolog铆a de Sistemas, Universidad de Alcal谩

Este art铆culo fue publicado originalmente en The Conversation.

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