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Tras los pasos del origen de la vida

¿Cómo surgió la vida en la Tierra? Un proyecto financiado por el Consejo Europeo de Investigación proporciona nuevas pistas que respaldan la teoría de que la autoorganización química podría haber desempeñado un papel fundamental al dar lugar a procesos que, a continuación, evolucionaron para originar el metabolismo biológico tal y como lo conocemos hoy día. Reproducir estas reacciones en el laboratorio podría constituir el primer paso para lograr procesos químicos más ecológicos.

Investigación fundamental

Sabemos que el metabolismo es un proceso que sustenta la vida, pero ¿cómo se originó y qué papel desempeñó en la aparición de la vida en la Tierra? El proyecto CARBONFIX (Towards a Self-Amplifying Carbon-Fixing Anabolic Cycle), financiado por el Consejo Europeo de Investigación (CEI), ha ofrecido nuevas respuestas a esta pregunta al estudiar la manera en la que las moléculas simples pueden autoorganizarse para desencadenar reacciones químicas similares a las del metabolismo biológico. El metabolismo de los organismos requiere enzimas como catalizadores y solo las células vivas pueden producirlas. Los investigadores de CARBONFIX identificaron mecanismos similares a los que participan en el metabolismo, pero que pueden ocurrir sin la presencia de enzimas en condiciones específicas. Para ello, estudiaron los procesos metabólicos empleados por formas de vida ancestrales a fin de transformar el CO2 en compuestos orgánicos y, después, recrearon análogos no biológicos de estas rutas de fijación del CO2.

Imitar la naturaleza

Los dos procesos biológicos descubiertos en formas de vida ancestrales que el proyecto trató de replicar se conocen comúnmente como la ruta de Wood-Ljungdahl y el ciclo de Krebs inverso. «Ambos convierten el CO2, los protones y los electrones en un pequeño conjunto de moléculas compuestas únicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno, que también son los componentes básicos universales de la bioquímica —comenta Joseph Moran, catedrático del Instituto de Ciencia e Ingeniería Supramolecular ISIS en Estrasburgo y beneficiario de la subvención del CEI para dirigir CARBONFIX—. Aunque muchos científicos creen que las dos rutas, posiblemente funcionando al unísono, podrían haber desempeñado un papel en el origen de la vida, hasta ahora existían pocas pruebas experimentales que permitieran respaldar esta idea». Para imitar la ruta de Wood–Ljungdahl, los investigadores introdujeron hierro, níquel o cobalto —todos ellos compuestos metálicos— en agua caliente carbonatada, lo que desencadenó una reacción en la que el CO2 se transformó en formiato, acetato y piruvato, los mismos intermediarios de dicha ruta metabólica. El trabajo sobre el ciclo de Krebs inverso ofreció conclusiones parecidas. Los investigadores pudieron demostrar que los iones metálicos y el hierro metálico pueden promover más de la mitad de las reacciones del ciclo de Krebs inverso sin la presencia de enzimas. Los estudios ulteriores tienen por objeto lograr reproducir el ciclo completo. Estos resultados podrían tener repercusiones de gran calado para determinar el origen de la vida, ya que sugieren que estas rutas biológicas podrían haber surgido antes de que existieran siquiera las enzimas. «En este modelo, las enzimas no son necesarias para que tenga lugar una química compleja y autoorganizada que, después, es perfeccionada por la evolución para dar lugar al metabolismo tal y como lo conocemos hoy día —explica Moran—. Esto también proporcionaría información directa sobre por qué el metabolismo funciona de la manera en que lo hace, ya que se originó así».

Síntesis ecológica

El proyecto CARBONFIX no solo ofrece nuevas pistas sobre nuestro pasado, sino que además puede haber posibilitado nuevas oportunidades para un futuro más ecológico: el desarrollo completo del ciclo de Krebs inverso podría ofrecer una forma eficaz de eliminar el CO2 de la atmósfera. Es más, las reacciones descritas podrían constituir un primer paso en el diseño de métodos para transformar el CO2 en compuestos químicos útiles a través de la identificación de catalizadores baratos y sencillos. Moran agrega: «El ácido acético es uno de los componentes principales del vinagre, mientras que el ácido pirúvico es útil en la investigación en ciencias biológicas». Con todo, el investigador advierte que se requiere más trabajo para alcanzar esta meta: «Descubrir un método para convertir los productos intermedios en un único compuesto útil podría hacer factible esta solución. Actualmente colaboramos con especialistas en catálisis heterogénea para examinar esta posibilidad».

Palabras clave

CARBONFIX, origen de la vida, metabolismo, química, enzimas, catalizadores, ruta de fijación del CO2, ruta de Wood-Ljungdahl, ciclo de Krebs inverso, síntesis ecológica

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