La vida en la Tierra surgiría dos veces: las primeras células aprendieron a vivir solas en dos momentos distintos

¿Cómo aparecieron las primeras formas de vida en la Tierra? Esa es una de las preguntas más antiguas y complejas de la ciencia. Ahora, un equipo internacional de investigadores propone una idea que podría cambiar la forma en que entendemos ese proceso: las primeras células capaces de vivir de manera independiente no habrían surgido una sola vez, sino en dos ocasiones distintas.

El estudio, publicado en Science Advances y liderado por científicos de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, concluye que las bacterias y las arqueas —los dos grandes grupos de microorganismos más antiguos del planeta— habrían desarrollado por separado la capacidad de vivir fuera de los sistemas hidrotermales donde evolucionaron sus ancestros. Según los autores, ambos linajes compartieron un origen común, pero alcanzaron la vida libre siguiendo caminos independientes.

Un ancestro común que aún dependía del entorno

Para llegar a esta conclusión, los investigadores no se limitaron a comparar genes. También analizaron genomas, estructuras de proteínas y las 420 reacciones químicas que forman parte del metabolismo, es decir, el conjunto de procesos que permiten a las células producir aminoácidos, vitaminas, bases del ARN y otros compuestos esenciales para la vida.

El análisis reveló que el Último Ancestro Común Universal (LUCA), considerado el antepasado de todos los seres vivos actuales, solo disponía de enzimas para aproximadamente la mitad de esas reacciones metabólicas. La otra mitad dependía de metales presentes de forma natural en el ambiente donde vivía.

"Lo sorprendente es que las enzimas que catalizan esas reacciones no se conservaron a través de la división evolutiva que separa a las bacterias y las arqueas. Descubrimos que LUCA poseía enzimas para solo alrededor de la mitad de las reacciones del metabolismo. La otra mitad era catalizada por metales presentes en el entorno donde surgió LUCA", explicó William Martin, autor principal del estudio.

Según los investigadores, esto indica que aquel ancestro todavía no era una célula completamente independiente, sino un organismo estrechamente ligado a las condiciones químicas de los sistemas hidrotermales.

El papel clave de los metales en los primeros pasos de la vida

El trabajo también plantea que los metales desempeñaron un papel mucho más importante de lo que se creía durante las primeras etapas de la evolución.

Los científicos identificaron cuatro fases en la evolución de la catálisis, el proceso que acelera las reacciones químicas del metabolismo. Primero habrían actuado únicamente los metales presentes en el entorno; después apareció una etapa híbrida en la que convivían metales y enzimas; más tarde, las bacterias y las arqueas siguieron caminos evolutivos separados y desarrollaron nuevas enzimas capaces de reemplazar progresivamente a los catalizadores inorgánicos.

"Podemos observar casos en los que los antepasados de las bacterias y las arqueas desarrollaron de manera independiente enzimas con estructuras diferentes para catalizar la misma reacción metabólica esencial. Esas invenciones paralelas podrían haber allanado el camino para la aparición independiente de bacterias y arqueas de vida libre", señaló la bióloga Natalia Mrnjavac, autora principal de la investigación.

Una nueva explicación sobre el origen de la energía en las primeras células

Otro de los hallazgos del estudio está relacionado con la fuente de energía que impulsó las primeras reacciones metabólicas.

En la actualidad, las células utilizan principalmente ATP para almacenar y transferir energía. Sin embargo, los investigadores señalan que esta molécula requiere enzimas para formarse, por lo que difícilmente pudo estar disponible en las primeras etapas de la vida.

Durante los experimentos comprobaron que el fosfito, una forma de fósforo presente de manera natural en los sistemas hidrotermales, podía reaccionar junto con el paladio para producir reacciones de fosforilación sin necesidad de ATP ni enzimas.

"Identificamos una nueva fuente de energía en el origen del metabolismo", afirmó la investigadora Manon Schlikker. "Cuando hacemos reaccionar fosfito con compuestos orgánicos, obtenemos reacciones de fosforilación metabólica durante la noche en agua. El fosfito y el paladio sustituyen al ATP y a las enzimas; es sorprendente y hace que la evolución temprana sea mucho más fácil de comprender".

Con estos resultados, los autores sostienen que el código genético tuvo un único origen, pero que las primeras células capaces de vivir de forma independiente evolucionaron por separado en los linajes que dieron lugar a las bacterias y a las arqueas. Esta hipótesis ofrece una nueva perspectiva sobre uno de los episodios más importantes de la historia de la vida en la Tierra.