El origen de la Vida parte II: La evolución química prebiótica

Cómo se lograría la multiplicación, la selección y la concentración de moléculas orgánicas complejas

En la anterior publicación vimos como la formación de Tolinas, moléculas orgánicas sencillas creadas desde elementos químicos simples, es un proceso conocido y evidenciable por todo el sistema solar. Este proceso pudo originar en la Tierra primitiva moléculas de ARN, algunas de ellas con capacidad catalítica, lo que se denominan Ribozimas.

Las ribozimas formadas tendrían secuencias al azar. Alguna de ellas podría tener actividad polimerasa, es decir, capacidad de replicar una cadena de ARN contando con un molde preexistente y con nucleótidos libres disponibles. La formación de esta pequeña ribozima primordial es el proceso limitante para mi esquema. Pero si no necesitamos que sea muy compleja ni con gran eficiencia de catálisis, su formación espontánea tardaría menos en producirse por azar.

Ahora se necesitarían en el entorno unas condiciones parecidas a las que operan cuando se produce una Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). La técnica de la PCR es muy conocida. Es capaz de obtener un gran número de copias de un molde pequeño de ADN o ARN. Se emplean una enzima polimerasa combinada con ciclos de bajas y altas temperaturas alternadas, más nucleótidos libres. A altas temperaturas los puentes de hidrógeno que unen los nucleótidos se rompen y las dos hebras de ADN se separan, permitiendo que la polimerasa actúe y forme una copia de cada una de las hebras mientras baja la temperatura, uniendo los nucleótidos complementarios. Cuando termina de bajar la temperatura, el ADN recobra su forma, pero cada cadena se ha replicado. Cada ciclo duplica el número de copias, pudiendo llegar a una amplificación enorme del oligonucleótido inicial.

En nuestro caso, el ARN que formaría nuestra ribozima primordial se comportaría a la vez como enzima y como sustrato de la enzima. Sería enzima en su conformación nativa tridimensional, y sustrato en su forma desnaturalizada monocatenaria. La desnaturalización se produce cuando las condiciones del medio hacen que los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias de la molécula ARN se rompan, perdiendo su configuración tridimensional y adoptando forma de hebra simple. En un medio acuoso pueden coexistir ambas formas, como en muchos otros sistemas químicos dinámicos. En un determinado momento hay un porcentaje de cada una de las formas. Cambiando las condiciones, cambia el porcentaje en cada estado. En un determinado estado, si hubiera suficientes nucleótidos libres disponibles, habría una fracción de esta ribozima nativa replicando a su fase desnaturalizada. Si el medio es estático, la reacción terminaría cuando se acabara el sustrato. Necesitaríamos ciclos, como ocurre en la PCR, para empezar a producir copias de forma continua. Al empezar el ciclo, las moléculas estarían en su mayor parte en su forma nativa con capacidad polimerasa, y al transcurrir el ciclo iría aumentando el porcentaje de moléculas sustrato que podrían ser copiadas. En su forma ideal, todas la moléculas serían copiadas al final del ciclo. Si el proceso se repite sucesivamente sería una amplificación comparable a la PCR. ¿Cómo se originarían estos ciclos en el medio y se produciría la suficiente concentración de moléculas?

Necesitaríamos que hubiera ciclos de tipo térmico, o ciclos en la salinidad del medio, o ciclos en el pH. El aumento de la temperatura, la concentración de minerales disueltos o el cambio en el pH pueden producir la desnaturalización del ARN, y la restauración del pH, temperatura o la salinidad previos producen la renaturalización de esta molécula.

En la Tierra actual existen sitios que presentan ciclos térmicos, de pH y de salinidad. No solo hay géiseres que son famosos por ser predecible su erupción en el tiempo. Cualquier fenómeno relacionado con el vulcanismo hidrotermal de carácter repetitivo puede condicionar variaciones en la temperatura, pH y salinidad de tipo cíclico. El calor no sólo genera evaporación y alteración de la concentración de sales, la actividad geotermal también genera movilización de minerales y variaciones del pH. La actividad geotermal era mucho mayor en la tierra primitiva, y pudieron ser muchísimos los lugares con variaciones cíclicas por esta causa. También las mareas, que pueden condicionar cambios en la salinidad, tienen carácter cíclico. Las mareas pueden producir que en determinados humedales o pozas puedan variar la composición y concentración de solutos de forma cíclica. En la tierra primitiva la Luna estaba más cerca, las mareas eran más vivas y había más mareas en un solo día.

No necesitamos que la primera ribozima tuviera una gran capacidad catalítica o eficacia. Los inevitables errores en el proceso de replicación de la ribozima primordial darían lugar a variaciones, y estas variaciones darían lugar a variantes de menos o más eficacia. Las menos eficaces reducirían la población de ribozimas finales, pero las variantes más eficaces aumentarían el número de sus réplicas. Este sería el principio de la evolución prebiótica que propongo.

Sigue la siguiente publicación para conocer los siguientes pasos de la evolución prebiótica: La concentración de estas moléculas, la generación del protometabolismo y las protocélulas.