Desde el descubrimiento de los respiraderos hidrotermales submarinos hace unos 40 años, estos reactores químicos naturales han sido un foco para los investigadores evolutivos que buscan el origen de la vida. Los respiraderos emiten agua caliente que contiene minerales, incluidas sustancias químicas simples pero reactivas como el gas de hidrógenoH2 y dióxido de carbono CO 2 .Condiciones como estas podrían haber resultado en las primeras reacciones bioquímicas y, por lo tanto, en la aparición de las primeras células vivas libres.
El punto de partida de dicho metabolismo primitivo de los primeros microbios es el dióxido de carbono y el gas hidrógeno. Los microbios que viven de estas sustancias primero convierten los dos gases en ácido fórmico formiato, acetato y piruvato sales de ácido acético y ácido pirúvicoLuego, los utilizan para fabricar todo su material orgánico a través de una densa hoja de ruta de reacciones complicadas. Lo que la química Dra. Martina Preiner del Instituto de Evolución Molecular de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf HHU y un equipo internacional ahora muestran es que precisamente estosLos componentes básicos de la vida emergen por sí mismos en un entorno de laboratorio cuando H2 y CO 2 se deja reaccionar en presencia de minerales simples en condiciones hidrotermales.
Durante los últimos 20 años, el Prof. Dr. William Martin, Jefe del Instituto de Evolución Molecular, ha estado catalogando los muchos paralelos entre las reacciones catalizadas por metales en el metabolismo y las reacciones químicas en los respiraderos hidrotermales. El Prof. Martin dice: "Estosreacciones basadas en H2 y CO 2 que reflejan los orígenes de los primeros procesos bioquímicos ahora se pueden simular en un laboratorio en Düsseldorf, lo que nos permite imitar las primeras fases de desarrollo de la vida ".
El Dr. Preiner, junto con investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón en Mülheim / Ruhr, la Universidad de Estrasburgo y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada en Japón, ha simulado estas reacciones muy simples en un entorno de laboratorio.han podido demostrar que H2 y CO 2 organícelos en formiato, acetato y piruvato durante la noche a temperaturas de 100 grados centígrados, siempre que estén presentes algunos catalizadores minerales simples, catalizadores que se forman en respiraderos hidrotermales. Martina Preiner enfatiza el hecho de que no se necesita metabolismo microbiano ".Las reacciones químicas son sorprendentemente simples. Los principales productos creados son exactamente los utilizados por las primeras células como base para su metabolismo posterior ".
El Dr. Harun Tüysüz y su equipo del Instituto Max Planck en Mülheim han diseñado catalizadores sólidos nanoestructurados para los experimentos: "Observamos una relación estructura-actividad distinta de los catalizadores sólidos para CO 2 reducción en el origen del contexto de la vida ".
Serendipity diría que otros dos grupos de trabajo también estaban estudiando procesos similares. Un equipo de químicos con sede en Estrasburgo que trabajaba bajo el Prof. Dr. Joseph Moran y el Dr. Kamila Muchowska estaban usando hierro metálico en lugar de H2. El equipo japonés que trabajaba conel microbiólogo Dr. Kensuke Igarashi estaba examinando reacciones de H2 y CO 2 sobre catalizadores de sulfuro de hierro. Todos los grupos observaron los mismos productos. El profesor Moran dice: "El metabolismo parece haberse desarrollado de una manera sorprendentemente natural".
El origen de la vida conduce a un problema de "huevo o gallina". Además del simple CO 2 reacciones -H2, las células tienen que formar una gran cantidad de módulos más complejos para crecer y funcionar. Las células modernas generalmente presentan proteínas como catalizadores, cuya construcción está codificada en los genes. Pero lo que vino primero, las proteínas o¿Los ácidos nucleicos? El estudio ahora publicado sugiere que fueron precedidos en la evolución por reacciones catalizadas por metales y minerales, y que tanto las proteínas como los ácidos nucleicos surgieron de esas reacciones. Los metales que se encuentran en las proteínas modernas son reliquias de estos comienzos bioquímicos.
El estudio también arroja luz importante sobre el problema clásico en el origen de la investigación de la vida: ¿Qué energía estaba disponible para las formas de vida más tempranas? Preiner y sus colegas demostraron que las reacciones de H2 con CO 2 en las mismas condiciones que las que prevalecen en los respiraderos hidrotermales también liberan energía. Cuando se producen compuestos simples como el acetato, se crea suficiente energía para permitir que los microbios primitivos alimenten su metabolismo adicional.
Esto significa que el combustible para las células originales era hidrógeno, que se formó en grandes cantidades en entornos submarinos cuando la Tierra era joven y continúa formándose hoy en día. No solo el hidrógeno es la forma de energía más limpia, sino que produce solo agua cuandoquemado: también puede ser la chispa que creó la vida misma. Los factores decisivos fueron tener las condiciones adecuadas y los catalizadores adecuados.
El estudio fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación Volkswagen, la Fundación Alemana de Investigación, la Sociedad Max Planck, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Heinrich-Heine Duesseldorf . Original escrito por Arne Claussen / DJ. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :