El origen de la Vida parte III: Las protocélulas

Cómo se pudo producir la formación de vesículas conteniendo moléculas biológicas y cómo surgiría el proto-metabolismo

En las primera publicación de esta serie sobre como el Origen de la vida, 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. Algunas de estas ribozimas podrían tener capacidad polimerasa, es decir, capacidad de replicar una cadena de ARN contando con un molde preexistente y con nucleótidos libres disponibles. En la segunda publicación, explicamos cómo se podría producir la multiplicación, la selección y la concentración de moléculas orgánicas complejas. Estas Ribozimas podrían sufrir ciclos en su entorno del pH, temperatura y salinidad. Estos ciclos les permitirían replicarse a sí mismas y empezar un proceso de selección y mayor eficacia en su autoreplicación, clave para una evolución química prebiótica.

Nos queda el problema de cómo se llegaría a la suficiente concentración de estas ribozimas primordiales y de los nucleótidos libres. Por definición, las ribozimas primordiales deberían haberse creado en un lugar con abundantes aminoácidos. La evaporación en las pozas o lugares hidrotermales podría favorecer un aumento de concentración de ambas moléculas. En bioquímica, si queremos ver una reacción tenemos que aumentar lo suficiente la concentración de sus reactivos. Pero si tuviéramos toda la paciencia del mundo, incluso concentraciones muy bajas terminarían rindiendo los productos de la reacción. Además, si estas reacciones tuvieran disponible un escenario tan vasto como toda la Tierra, estos fenómenos químicos tuvieron que terminar produciéndose. Estamos hablando de cientos de millones de años y cientos de millones de kilómetros cuadrados disponibles. Si se produjeran ahora fenómenos parecidos, los compuestos resultantes serían rápidamente ingeridos como nutrientes. Por eso solo hay un antepasado común.

Si ya contamos con ribozimas con capacidad de auto-replicarse, de mejorar en la eficacia de su replicación y ribozimas que al azar podrían tener otras capacidades enzimáticas, ¿cuál sería el siguiente paso de la evolución prebiótica? Mis sospechas apuntan a la intervención del precursor de un elemento recién reconocido por la medicina como un maravilloso agente diagnóstico y terapéutico: Los Exosomas. Los exosomas son vesículas formados por lípidos extracelulares, con una composición peculiar que los hace extremadamente resistentes a los agentes físicos y químicos. Si una de las múltiples ribozimas primordiales creadas al azar hubiera poseído capacidad para ensamblar ácidos grasos en capas lipídicas, sería la pieza que nos falta en el puzle. Si recordamos que tenemos todo el tiempo y sitios que hiciera falta, el azar pudo reunir en las cercanías una ribozima con capacidad polimerasa, una ribozima con capacidad ensambladora de lípidos, más aminoácidos y ácidos grasos disponibles. Posteriormente se producirían lentamente reacciones que aumentaran el número de ambas ribozimas y la formación de capas de lípidos. Y con el tiempo podría llegar a producirse una estructura formada por una vesícula lipídica que encerrara dentro las dos ribozimas antes descritas más aminoácidos y ácidos grasos, protegiendo a estas moléculas de entornos extremos, aumentando la concentración de sus moléculas y acelerando las reacciones en su interior. Los cambios ambientales afectarían al interior de la vesícula, trasmitiendo los ciclos del entorno. Estos ciclos constituirían un remedo de metabolismo en el interior de esta vesícula. Los ácidos grasos podrían irse incorporando a la capa de lípidos de la vesícula hasta llegar a un punto de no soportar su tensión superficial y terminar por dividirse en dos vesículas, cada una con de ellas con un reparto de las moléculas de su interior.

Ya tendríamos entonces estructuras orgánicas complejas que producen reacciones químicas repetidas, que guardan la información de cómo tienen que ser estas reacciones y que se pueden replicar en su totalidad. La efectividad o rapidez de todos estos procesos no tendría que ser ni muy alta ni muy frecuente, porque podrían perfeccionarse por mutaciones de las ribozimas al azar y hay disponible todo el tiempo que fuera necesario. Lo verdaderamente importante es que se habrían puesto en marcha procesos de replicación susceptibles de mejorarse y volverse infinitamente más complejos. Por ejemplo, la ribozima con capacidad de incorporar ácidos grasos en las capas de lípidos de la membrana podría mutar hasta incorporar preferentemente los ácidos grasos adecuados para favorecer la entrada de aminoácidos libres u otras moléculas simples al interior. También podrían terminar formándose por mutación ribozimas con capacidad de sintetizar ácidos grasos o aminoácidos desde compuestos más simples disponibles. E incluso aparecer ribozimas que ensamblaran aminoácidos, las moléculas que forman las proteínas. Las posibilidades a partir de ahora ya son infinitas, está abierto el camino para que se genere el primer microorganismo.