Un nuevo estudio explora cómo cambian las mezclas químicas complejas en condiciones ambientales cambiantes, arrojando luz sobre los procesos prebióticos que pueden haber llevado a la vida. El estudio sugiere que las fluctuaciones ambientales naturales ayudaron a guiar la formación de moléculas cada vez más complejas, lo que finalmente condujo a los componentes fundamentales de la vida.
Un nuevo estudio dirigido por la Dra. Moran Frenkel-Pinter, del Instituto de Química de la Universidad Hebrea de Jerusalem, así como el Prof. Loren Williams, del Instituto de Tecnología de Georgia, investiga cómo evolucionan las mezclas químicas con el tiempo, arrojando luz sobre los posibles mecanismos que contribuyeron a la aparición de la vida en la Tierra.
La investigación examina cómo los sistemas químicos pueden sufrir una transformación continua mientras mantienen una evolución estructurada, ofreciendo nuevos conocimientos sobre los orígenes de la complejidad biológica.
La evolución química se refiere a la transformación gradual de las moléculas en condiciones prebióticas, un proceso clave para comprender cómo la vida puede haber surgido de la materia no viva. Si bien gran parte de la investigación se ha centrado en las reacciones químicas individuales que podrían conducir a moléculas biológicas, este estudio establece un modelo experimental para explorar cómo evolucionan sistemas químicos completos cuando se exponen a cambios ambientales.
Los investigadores utilizaron mezclas que contenían moléculas orgánicas con diversos grupos funcionales, incluidos ácidos carboxílicos, aminas, tioles e hidroxilos. Al someter estas mezclas a repetidos ciclos húmedo-seco, condiciones que imitan las fluctuaciones ambientales de la Tierra primitiva, el estudio identificó tres hallazgos clave: los sistemas químicos pueden evolucionar continuamente sin alcanzar el equilibrio, evitar la complejidad incontrolada a través de vías químicas selectivas y exhibir una dinámica de población sincronizada entre diferentes especies moleculares. Estas observaciones sugieren que los ambientes prebióticos pueden haber desempeñado un papel activo en la formación de la diversidad molecular que finalmente condujo a la vida.
“Esta investigación ofrece una nueva perspectiva sobre cómo la evolución molecular podría haberse desarrollado en la Tierra primitiva”, dijo la Dra. Frenkel-Pinter. “Al demostrar que los sistemas químicos pueden autoorganizarse y evolucionar de manera estructurada, proporcionamos evidencia experimental que puede ayudar a cerrar la brecha entre la química prebiótica y la aparición de moléculas biológicas”. Más allá de su relevancia para la investigación de los orígenes de la vida, los hallazgos del estudio pueden tener aplicaciones más amplias en biología sintética y nanotecnología. La evolución química controlada podría aprovecharse para diseñar nuevos sistemas moleculares con propiedades específicas, lo que podría conducir a innovaciones en la ciencia de los materiales, el desarrollo de fármacos y la biotecnología.
El artículo de investigación titulado “Evolution of Complex Chemical Mixtures Reveals Combinatorial Compression and Population Synchronicity”, ya está disponible en Nature Chemistry.
Investigadores:
Kavita Matange1,2, Vahab Rajaei1,2, Pau Capera-Aragones1,2,3, John T. Costner1,2, Adelaide Robertson1,2, Jennifer Seoyoung Kim1,2, Anton S. Petrov1,2,4, Jessica C. Bowman1,2,4, Loren Dean Williams1,2,4 y Moran Frenkel-Pinter1,3,5.
Instituciones:
1) Centro de la NASA para la Integración de los Orígenes de la Vida.
2) Escuela de Química y Bioquímica, Instituto de Tecnología de Georgia.
3) Instituto de Química, Universidad Hebrea de Jerusalem.
4) Centro de Evolución Química NSF-NASA.
5) Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
Financiación:
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias (subvención N° 1724274 a L.D.W.), el Centro para la Integración de los Orígenes de la Vida de la NASA (subvención N° 80NSSC24K0344), la Beca de la Fundación Azrieli para el Profesorado de Carrera Temprana (a M.F.P.), la beca de la Fundación de Ciencias de Israel (subvención N° 1611/22 a M.F.P.), la Fundación Minerva (a M.F.P.) y el Premio a la Excelencia de la Fundación FEBS (a M.F.P.).
