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Vista panorámica de Maçanet de la Selva (Girona). Wikimedia Commons / Carlos Pino Andújar, CC BY-SA

Lo que una granja en Cataluña nos enseñó sobre el origen de la vida

Hace nueve años, el responsable de una granja en Maçanet de la Selva (Girona) observó algo muy curioso. Debido a unas obras, había que limpiar una fosa séptica que había contenido purines de cerdo durante años. La operación puso al descubierto una magnífica formación de cristales que tapizaban las paredes de hormigón de la fosa. El juicioso granjero, fascinado por el singular fenómeno, recogió numerosas muestras y, pensando en el potencial interés de los cristales, remitió varios a nuestro laboratorio.

Los identificamos como struvita, fosfato de magnesio y amonio. Aparte del tamaño de los cristales, no había nada extraño. La struvita es habitual en ambientes pobres en oxígeno, con amoníaco y materia orgánica. Si usted encuentra cristales o una arenilla cristalina en una lata de conserva de pescado podría tratarse de struvita formada tras el enlatado. No se preocupe: es inocua y no implica una mala conservación.

Cristal de struvita de 1 cm, de la granja de Maçanet de la Selva.

Esta anécdota cobró interés pasados unos años. Fue durante las discusiones sobre la química del origen de la vida, que manteníamos en el NSF-NASA Center for Chemical Evolution. Queríamos entender un viejo problema del origen de la vida: ¿cómo se incorporó el fosfato a la evolución química (procesos de síntesis, ensamblaje y selección molecular que llevan hacia la complejidad bioquímica y la vida)?. Esto pudo ocurrir en la Tierra hace unos 4 200 millones de años y el fosfato es una de las claves.

Aquella fosa gerundense fue inspiradora en nuestra investigación sobre el tema.

Fosfato: el soporte del libro de la vida

Quizá lo primero que venga a la mente al pensar en fósforo y vida sean los huesos, formados por fosfato cálcico. Pero, si viajamos por el mundo molecular, vemos que el fosfato es clave en la comunicación y regulación celular, en el metabolismo y la energía. También forma el armazón del ADN y el ARN.

El fosfato conecta las letras en el ADN, y es el soporte ideal para la información genética. Favorece la formación de la doble hélice, el plegamiento de estructuras como el ribosoma, es esencial en la interacción entre ADN y proteínas y en procesos básicos de la biología molecular como la replicación. El fosfato es el encuadernado de un libro muy flexible, sobre el que se puede escribir la información de modo que se pueda leer, copiar y corregir.

Una secuencia de ADN B. Los fosfatos (azul) encadenan y soportan la información, en forma de una secuencia de bases (cajas cian). Imagen creada con UCSF Chimera.

No conocemos ninguna alternativa viable al fosfato que permita la evolución tal como la conocemos. Por ello, pensamos que en el proceso que dio origen a la vida hubo un momento decisivo en el que entró el fosfato desde el entorno mineral. Pero el fosfato tiende a formar minerales muy insolubles y, además, es difícil que reaccione con los precursores orgánicos de la vida.

Esta dificultad se denominó “el problema del fosfato”, y nos interesaba explorar posibles soluciones.

La intuición de Darwin

Algunos meteoritos son ricos en schreibersita (fosfuro de hierro), una forma de fósforo muy rara en nuestro planeta. En la Tierra primitiva, sometida a un intenso bombardeo meteorítico, este fosfuro debió ser mucho más frecuente. Nuestro colega Matthew Pasek observó algo muy interesante: la schreibersita se meteoriza liberando especies de fósforo activas, que forman fácilmente compuestos orgánicos con fosfato. Tal vez los meteoritos eran la clave del problema del fosfato.

Sin embargo, parecía difícil que la schreibersita fuera eficaz para impulsar la evolución química, ya que sólo es una parte menor de un pequeño porcentaje de los meteoritos totales. Se ha visto que el impacto de rayos en suelos con fosfato da lugar a fulguritas con fosfuro, lo que aumentaría su abundancia.

Nosotros nos planteamos una idea distinta: el fosfato es la forma más abundante de fósforo. Además, el fosfato tiende a concentrarse en ambientes volcánicos formando por ejemplo las tefras de fosfato con minerales como apatitos o merrillita. En una zona volcánica, en la que se formen charcas que se secan e inundan estacionalmente, podrían acumularse minerales de alteración y compuestos orgánicos formados en lo que llamamos química prebiótica.

Si esto ocurre sobre un suelo con fosfato, ¿se formarán precursores del ARN?

Era inevitable recordar la carta que Charles Darwin escribió en 1871 a J.D. Hooker, en la que imaginaba una “pequeña charca caliente” conteniendo fosfato y amoníaco, donde, por efecto de la luz, calor y descargas eléctricas, podría haberse formado la materia orgánica que precedió la vida. Pensamos que esa “charca caliente” primordial debió parecerse a nuestra fosa séptica gerundense, rica en urea y materia orgánica. Además, debió contener otros componentes relevantes en la Tierra primitiva, como cianuro y sus derivados.

Cuando llevamos a cabo el experimento de “charca de urea” sobre mineral de fosfato, se formaron bellos cristales de struvita. Algunos científicos pensaban que la estruvita es un mineral asociado a la vida. De hecho, en la fosa séptica, la descomposición bacteriana de la urea crea las condiciones para su formación. Nosotros vimos que es posible su formación en ausencia de vida. Además, la combinación de struvita y urea promueve, entre otros, la formación de los precursores del ARN.

A: Schreibersita (flechas amarillas) en un fragmento de meteorito metálico; B: Rocas Wishstone, ricas en fosfato (apatito), en el cráter Gusev, Marte. La meteorización de éstas rocas podría dar lugar a la formación de struvita y precursores de la vida. C: Cristales de struvita y un mineral relacionado, newberyita, formados durante nuestros experimentos, a partir de rocas ricas en fosfato. C. Menor Salván (A, C) / NASA/JPL/Cornell (B)

Así, no dependemos de meteoritos y rayos para explicar cómo el fosfato entró en la evolución prebiótica. Bastaría con la propia geoquímica del planeta. Por supuesto, ambos procesos podrían haber ocurrido simultáneamente, contribuyendo a la formación de compuestos fosfatados.

Los procesos químicos que dieron lugar a los precursores de la vida también pudieron cambiar las rocas, contribuyendo a su meteorización y formando minerales como la estruvita. En el origen de la vida no solo hay que tener en cuenta moléculas como el ARN. También es muy importante el contexto geológico y los minerales. Por ello, la exploración de la geología y mineralogía de Marte es importante para entender cómo se originó la vida. Si en Marte se encontraran minerales relacionados con la struvita, podrían ser un marcador prebiótico que nos indicaría que en el planeta pudo darse el inicio del camino hacia la vida.

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