En una mesa de laboratorio, un puñado de viales de vidrio pegados a un balancín se balancean suavemente hacia adelante y hacia atrás. Dentro de los viales, una mezcla de químicos orgánicos y pequeñas partículas de oro de tontos están planteando una pregunta aparentemente más allá de su apariencia humilde: ¿Dónde nació la vida?¿viene de?
Combinando teoría con experimento, los científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison están tratando de entender cómo puede surgir la vida de la no vida. Investigadores del UW-Madison Wisconsin Institute for Discovery están realizando experimentos para probar la idea de que las reacciones químicas realistas podrían desarrollarse fácilmentebajo las condiciones correctas. El trabajo aborda algunos de los misterios más profundos de la biología y tiene implicaciones para comprender cuán común podría ser la vida en el universo.
David Baum, presidente y profesor de botánica en UW-Madison y Discovery Fellow en WID, cree que la vida más temprana podría haberse basado en un metabolismo primitivo que originalmente comenzó en las superficies minerales. Muchas reacciones centrales en las células modernas dependen del azufre de hierrocatalizadores. Esta dependencia del hierro y el azufre podría ser un registro estampado en las células de los entornos donde el metabolismo evolucionó por primera vez. Baum está probando esta idea recurriendo a la pirita de hierro, un mineral de hierro y azufre mejor conocido como oro de tontos.
Junto con Mike Berg, un estudiante graduado que investiga los orígenes de la vida, Baum está mezclando cuentas microscópicas de pirita de hierro con una fuente de energía química y bloques de construcción moleculares simples. A medida que los viales de esta mezcla se balancean en el laboratorio,Los grupos de productos químicos unidos a la superficie mineral pueden agregarse y comenzar a ayudarse entre sí para producir más productos químicos. De ser así, es probable que se propaguen a otras cuentas de pirita de hierro, colonizando nuevas superficies.
Cuando Berg transfiere algunas perlas a un vial nuevo, los grupos químicos podrían continuar extendiéndose. Generación tras generación, vial tras vial, las mezclas químicas más eficientes y competitivas colonizarían la mayor cantidad de pirita de hierro. Esta es la selección. Al igual que la selección natural,que ha creado la diversidad y la complejidad de la vida en la Tierra, la selección de la capacidad de colonización de estos grupos químicos puede revelar ciclos químicos realistas capaces de cambiar con el tiempo.
"La opinión a la que he llegado es que la química realista puede aparecer relativamente fácilmente en muchos, muchos entornos geológicos", dice Baum. "El problema luego cambia. Ya no es un problema de 'sucederá'pero ¿cómo sabremos que sucedió? "
Hasta ahora han pasado por más de 30 generaciones, y están buscando cualquier signo de cambio con el tiempo, ya sea generación de calor, consumo de energía o la cantidad de material unido a las cuentas.
El microbiólogo de Baum y UW-Madison y biólogo de sistemas WID Kalin Vetsigian publicó un artículo el año pasado que describía los experimentos, que se basan en parte en el principio de la selección de vecindario. Normalmente, la selección natural opera en una población de individuos. Pero los científicospropuso que aunque no existan individuos bien definidos en las mezclas químicas, las comunidades moleculares que mejor colonizan nuevas superficies prevalecerán y probablemente mejorarán con el tiempo. Los rasgos exitosos de la comunidad en su conjunto se pueden seleccionar y transmitir..
"Esta selección a nivel comunitario podría haber tenido lugar antes de que hubiera individuos con rasgos heredables y variables", dice Vetsigian. "Si tienes buenas comunidades, persistirán".
El proyecto recibió recientemente $ 2.5 millones en fondos de la NASA. Baum es el investigador principal de la investigación, que incluye a Vetsigian, el químico de UW-Madison Tehshik Yoon y colaboradores de otras siete instituciones.
Las células necesitan los tipos de reacciones metabólicas que Baum estudia para producir energía y los componentes de moléculas más complejas. También necesitan una forma de almacenar información. Todas las células vivas transmiten su información genética con ADN. Pero el profesor de química de la Universidad de Washington-Madisony el biólogo de ingeniería biológica y sistemas WID John Yin está explorando formas alternativas de almacenar y procesar información con moléculas más simples en un esfuerzo por comprender cómo podría evolucionar el almacenamiento de información sin células ni ADN.
Siguiendo el ejemplo de la informática, Yin está trabajando con el método más básico de codificación de información, binario. En lugar de bits electrónicos, sus unos y ceros son los dos aminoácidos más simples, glicina y alanina. Usando una forma única de química, Yin está secando mezclas de aminoácidos para alentarlos a unirse.
"Estamos viendo cadenas reproduciblemente diferentes de alanina y glicina en diferentes tipos de condiciones", explica Yin. "Entonces, esa es una primera pista de que, de alguna manera, el producto es una forma de representar un entorno particular"
El grupo de Yin está trabajando en la tarea técnicamente desafiante de leer estas secuencias de aminoácidos para que puedan realizar un seguimiento de la información molecular. El laboratorio de Yin eventualmente espera descubrir grupos de sustancias químicas que puedan construir a partir de esta información molecular para reproducirse.Tanto Baum como Yin, los sistemas seleccionables requieren estos ciclos de productos químicos capaces de producir más entre sí, lo que Yin llama "cerrar el ciclo".
Es probable que cerrar el ciclo en el laboratorio sea difícil. Solo la experimentación lo asegurará.
Yin, Baum y Vetsigian están interesados no solo en cómo comenzó la vida en la Tierra, sino cómo podría comenzar en cualquier lugar. Si las reacciones químicas realistas y la información molecular se producen fácilmente en el laboratorio, eso podría cambiar el cálculo de cómola vida común podría estar en otros mundos.
"Si encontramos muchas químicas diferentes que apoyan reacciones realistas, podemos esperar más orígenes de la vida en otras partes del universo", dice Baum.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Eric Hamilton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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