El origen del metabolismo celular, crucial de un modo u otro para todos los seres vivos, se remonta al pasado geológico remoto de la Tierra. En algún momento, hace cerca de 4.000 millones de años, se produjo un salto desconocido desde la geoquímica a la bioquímica en la Tierra. 

El gran enigma de cómo se formó materia viva a partir de ingredientes inertes ha acompañado a la biología desde sus inicios como ciencia. El eslabón perdido entre la geoquímica y la bioquímica ha sido investigado desde varios frentes, y en los últimos años están surgiendo teorías y apareciendo datos que nos acercan cada vez más a los procesos que hicieron posible esa fascinante transición desde una a la otra.

Un nuevo ejemplo de esto es el estudio llevado a cabo por el equipo de Terry Kee de la Escuela de Química en la Universidad de Leeds, Reino Unido, y Laura Barge, del Instituto de Astrobiología de la NASA en Estados Unidos.

Kee y sus colegas han desarrollado un nuevo modo de simular los procesos energéticos que pudieron llevar al surgimiento del metabolismo celular en la Tierra. Esta línea de investigación, propiciada por un estudio anterior de Kee y otros, sobre el que en NCYT de Amazings hablamos en un artículo (http://noticiasdelaciencia.com/not/7136/) de mayo de 2013, podría también permitir hacer estimaciones más fiables sobre qué tipo de condiciones geoquímicas en otros planetas serían las idóneas para conducir a la formación de vida.

Según algunas teorías, la vida en la Tierra pudo comenzar a partir de organismos vivos extraterrestres transportados aquí por meteoritos. No obstante, muchos científicos creen que la vida de nuestro mundo surgió en lugares como las fumarolas hidrotermales del fondo oceánico, formándose a partir de materia inanimada como la de los compuestos químicos presentes en ciertos gases y minerales.

Los planetas empiezan su existencia con un conjunto limitado de compuestos químicos. La evolución geoquímica puede conducir a la formación de sustancias adicionales y a la aparición de procesos capaces de generar energía y que sean aptos como precursores del metabolismo de la primera forma de vida. (Imagen: Recreación artística por Jorge Munnshe en NCYT de Amazings)

"Antes de la vida biológica, se podría decir que la Tierra primitiva poseía "vida geológica". Puede parecer raro considerar la geología, que trata de rocas y minerales inanimados, como algo vivo. Pero ¿qué es la vida?", declara Kee provocativamente. "Mucha gente ha fracasado al intentar encontrar una respuesta satisfactoria a esta pregunta. Así que en vez de ello, lo que hemos hecho es ver qué hacen de modo igual todas las formas de vida, y resulta que todas usan los mismos procesos químicos que actúan en una célula de combustible para generar su energía."

Las células de combustible generan electricidad haciendo reaccionar combustibles y oxidantes. Esto es un ejemplo de reacción de reducción-oxidación (reacción redox), ya que mientras que una molécula pierde electrones (es oxidada), otra los gana (es reducida).

Reacciones parecidas actúan en la fotosíntesis de las plantas y en la "respiración" de las células en el cuerpo humano.

Ciertos entornos geológicos, como las fumarolas hidrotermales, pueden ser considerados como "células de combustible medioambientales", dado que puede generarse energía eléctrica a partir de reacciones redox entre combustibles hidrotermales y oxidantes del agua de mar, como el oxígeno. Efectivamente, el pasado año investigadores en Japón demostraron que se puede capturar energía eléctrica de esas fumarolas en un experimento a gran profundidad frente a la costa de Okinawa.

En el nuevo estudio, los investigadores han presentado una prueba de la validez del concepto en el que se basa su modelo de célula o celda de combustible natural que pudo quizá ser la clave para el surgimiento del metabolismo celular en la Tierra.

Trabajando en la Universidad de Leeds y en el JPL (Jet Propulsion Laboratory, o Laboratorio de Propulsión a Chorro) de la NASA en Pasadena, California, el equipo descartó los catalizadores comunes de platino en células de combustible y experimentos eléctricos, reemplazándolos por catalizadores compuestos de minerales con historial geológico en el pasado remoto de la Tierra.

Los resultados de los experimentos son fascinantes. Algunos minerales ciertamente pudieron haber conducido a reacciones redox geológicas, llevando más tarde a un metabolismo biológico. En el punto de mira de los científicos están minerales eléctricamente conductores que contienen hierro y níquel, y que se cree que eran comunes en la Tierra primitiva.

El hierro y el níquel son mucho menos reactivos que el platino. Sin embargo, una producción energética pequeña pero significativa demostró con éxito que estos metales pueden generar electricidad en la célula de combustible, y por tanto actuar como catalizadores para reacciones redox dentro de fumarolas hidrotermales en la Tierra primitiva.

Las pistas obtenidas sobre estos procesos geoquímicos iniciadores de vida, y el método de investigación usado en el nuevo estudio, se pueden además aplicar a otros mundos, para determinar si es factible que haya surgido vida en ellos. Uno es Europa, luna de Júpiter. Otro es Marte en su pasado.

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