La vida en la Tierra pudo empezar con una molécula de 45 eslabones; científicos hallan nueva evidencia que respalda la hipótesis del mundo del ARN

Los científicos han descubierto una molécula de ARN de solo 45 eslabones que puede ayudar a crear sus propias copias. Antes, para tareas similares se requerían moléculas mucho más grandes y complejas. El hallazgo refuerza la hipótesis de que la vida en la Tierra pudo comenzar con cadenas cortas de ARN que aprendieron a reproducirse mucho antes de la aparición de las primeras células.

La molécula recibió el nombre QT45. Los investigadores demostraron que puede ensamblar una nueva cadena de ARN a partir de una plantilla, uniendo pequeños fragmentos en el orden correcto. Además, QT45 es capaz de reproducir tanto su propia secuencia como la copia complementaria, que se obtiene por correspondencia de bases. Ambas reacciones son necesarias para la reproducción del ARN. Los detalles los revelaron en un artículo científico dedicado a la búsqueda de las moléculas autorreplicantes más simples.

¿Por qué 45 eslabones tienen tal importancia? Durante mucho tiempo los científicos se enfrentaron a una contradicción. Las moléculas de ARN capaces de ayudar a crear otras cadenas generalmente consistían en 150–300 nucleótidos, y algunas contenían aún más. Los nucleótidos pueden entenderse como piezas separadas que forman una larga cadena molecular. Cuantas más piezas, más difícil obtener la construcción completa de forma aleatoria. Mientras tanto, en experimentos que imitan las condiciones de la Tierra joven, sin la participación de enzimas biológicas, hasta ahora se habían obtenido principalmente cadenas de alrededor de 10–15 eslabones. La brecha entre la química más simple y las moléculas capaces de reproducirse seguía siendo enorme.

QT45 reduce notablemente la distancia entre los dos extremos. Para encontrar una molécula funcional tan pequeña, los investigadores estudiaron alrededor de diez billones de secuencias de ARN distintas. Entre ellas aparecieron tres cadenas cortas capaces de acelerar el ensamblaje de nuevas moléculas. Luego los científicos seleccionaron varias veces las variantes más eficaces y modificaron sus secuencias. Así surgió QT45, que mantuvo las propiedades necesarias incluso después de reducirse a 45 nucleótidos.

El secreto de las habilidades inusuales del ARN radica en su estructura. Las células modernas usan ADN para almacenar la información hereditaria, y la mayoría de las reacciones químicas las realizan las proteínas. Para crear proteínas se necesitan instrucciones genéticas, pero para copiar y utilizar esas instrucciones también hacen falta proteínas. Se forma así un círculo cerrado. El ARN ofrece una posible salida: algunas de sus moléculas pueden almacenar información y al mismo tiempo acelerar reacciones químicas. Los científicos las llaman ribozimas.

Sobre este mecanismo se basa la hipótesis del mundo del ARN. Según una de las versiones del origen de la vida, hace miles de millones de años en la Tierra pudieron aparecer cadenas de ARN que por casualidad adquirieron la capacidad de ayudar a su propia reproducción. Al copiarse surgían errores que cambiaban la secuencia de eslabones. Si ciertos cambios aceleraban la reproducción, las nuevas variantes gradualmente ganaban ventaja. Así pudo iniciarse la selección natural incluso antes de la aparición de los organismos vivos tal como los conocemos.

La comprobación de QT45 arrojó resultados alentadores, aunque bastante modestos. Los investigadores colocaron las moléculas en una mezcla especialmente preparada a -7 °C. En el medio congelado las sustancias se concentraban en pequeños fragmentos líquidos entre los cristales de hielo, lo que favorecía las reacciones químicas. En lugar de nucleótidos individuales los científicos usaron bloques preparados de tres eslabones. QT45 los unía, formando gradualmente una nueva cadena según la plantilla.

Para obtener productos de tamaño completo se necesitaron 72 días. En ese tiempo el rendimiento de cadenas complementarias alcanzó 0,24% y las copias de QT45 representaron 0,17%. Al copiar la cadena complementaria la precisión llegó al 94,1% por nucleótido. Sin embargo, solo el 10,9% de las cadenas finales tenía la secuencia completamente correcta. Para una reproducción estable a la molécula aún le faltan velocidad y precisión.

Existe también una limitación más seria. Los investigadores lograron demostrar por separado ambas reacciones necesarias para reproducir QT45, pero aún no se ha logrado un ciclo continuo de reproducción completo. Las moléculas deben crear por sí mismas nuevas copias que luego continúen el proceso sin la ayuda constante de los científicos. Además, las dos cadenas complementarias de ARN se unen fácilmente entre sí y forman una estructura doble estable. Tras esta unión resulta difícil que las moléculas participen en reacciones posteriores.

No se sabe tampoco si QT45 o una molécula similar pudo surgir de forma espontánea en la naturaleza. Sin embargo, su pequeño tamaño aumenta la plausibilidad de ese escenario. Los científicos también investigan cómo pudieron funcionar en la Tierra primitiva los ciclos naturales de congelación y descongelación del agua. La alternancia de temperaturas y los cambios en la acidez del medio pueden crear condiciones para la copia del ARN. Por eso uno de los posibles lugares de aparición de las primeras moléculas autorreplicantes se considera los cuerpos de agua fríos del planeta joven.

Incluso si los científicos lograran poner en marcha la reproducción estable del ARN, el enigma del origen de la vida seguiría sin resolverse. Los primeros sistemas vivos necesitaron no solo copiar la información hereditaria, sino también obtener energía del entorno para mantener las reacciones químicas. Aún se desconoce si los mecanismos de intercambio de materia y energía surgieron antes de las moléculas autorreplicantes o se desarrollaron junto con ellas. QT45 no demuestra que la vida comenzara precisamente con el ARN, pero muestra lo pequeña que pudo ser la base molecular de los primeros pasos hacia su aparición.