Las células modernas son las sobrealcanzadoras del mundo biológico: andamios internos, procesos químicos estrictamente controlados y un manual de instrucciones genético para todo. Pero, ¿las estructuras más parecidas a células primitivas? Eran básicamente burbujas grasientas con delirios de grandeza. Comprender cómo esos protocélulas simples evolucionaron hasta las complejas máquinas celulares que vemos hoy ha sido un dolor de cabeza central en la investigación del origen de la vida.
Un estudio reciente del Instituto de Ciencias de la Vida Terrestre (ELSI) del Instituto de Ciencia de Tokio decidió dejar de adivinar y empezar a congelar. En lugar de proponer una gran teoría, construyeron protocélulas modelo: vesículas unilamelares grandes (LUVs) usando tres tipos de fosfolípidos: POPC (1-palmitoil-2-oleoil-glicero-3-fosfocolina; 16:0-18:1 PC), PLPC (1-palmitoil-2-linoleoil-sn-glicero-3-fosfocolina; 16:0-18:2 PC) y DOPC (1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolina; 18:1 (D9-cis) PC). "Usamos fosfatidilcolina (PC) como componentes de membrana, debido a su continuidad estructural química con las células modernas, su disponibilidad potencial en condiciones prebióticas y su capacidad para retener contenidos esenciales", dijo Tatsuya Shinoda, estudiante de doctorado en ELSI y autor principal. Diferencias sutiles en los dobles enlaces hicieron que algunas membranas fueran rígidas (POPC) y otras flácidas (PLPC y DOPC).
Luego vinieron los ciclos de congelación/descongelación (F/T) imitando los cambios de humor de temperatura de la Tierra primitiva. Después de tres ciclos, las vesículas ricas en POPC simplemente se agruparon sin fusionarse. Pero las vesículas de PLPC y DOPC se fusionaron en compartimentos más grandes. Cuanto más PLPC, más fusión. "Bajo las tensiones de la formación de cristales de hielo, las membranas pueden desestabilizarse o fragmentarse, requiriendo una reorganización estructural al descongelarse", explicó Natsumi Noda, investigadora de ELSI. Traducción: las membranas flácidas son mejores para fusionarse cuando las cosas se ponen heladas, y la fusión es cómo las moléculas orgánicas dispersas se mezclaron, potencialmente poniendo en marcha la química hacia la vida.
El equipo también probó la retención de ADN. Las vesículas de PLPC atraparon y retuvieron mejor el ADN que las vesículas de POPC, incluso antes de congelarse. Después de ciclos repetidos, aún se aferraban a más ADN. Esto sugiere que los ambientes helados (no solo los estanques secos o las fuentes hidrotermales) podrían haber sido una cuna para la vida. Los ciclos de congelación/descongelación concentran moléculas y fomentan la fusión, aunque las membranas fluidas corren el riesgo de fugas. El equilibrio lo es todo.
"Una selección recursiva de vesículas crecidas inducidas por F/T a través de generaciones sucesivas puede realizarse integrando mecanismos de fisión como la presión osmótica o el cizallamiento mecánico", señaló Tomoaki Matsuura, profesor de ELSI e investigador principal. En cristiano: la simple congelación y descongelación podría haber empujado a las burbujas básicas hacia las primeras células capaces de evolución darwiniana. Así que la próxima vez que rasques el hielo del parabrisas, recuerda: podrías estar presenciando la historia del origen de toda la vida.