El ADN no fue el comienzo sino una mejora: la historia del origen de la vida podría ser muy distinta a la que cuentan los libros de texto

La vida en la Tierra pudo haber comenzado con reacciones químicas que no requerían ni ADN, ni ARN, ni siquiera células. Según la hipótesis «primero el metabolismo», los primeros sistemas vivos surgieron de cadenas de reacciones capaces de aprovechar la energía del entorno y producir compuestos orgánicos. Los científicos suponen que procesos así pudieron iniciarse hace más de cuatro mil millones de años cerca de fuentes hidrotermales en el fondo oceánico.

Los organismos modernos obtienen energía de manera continua y la emplean para mantener la vida. Las células transforman unas sustancias en otras, sintetizan nuevas moléculas y eliminan productos innecesarios. Al conjunto de transformaciones químicas se le denomina intercambio de sustancias, o metabolismo. Los partidarios de la hipótesis creen que los mecanismos más simples de ese intercambio aparecieron antes que los primeros organismos, y que el ADN y el ARN surgieron después, cuando los sistemas químicos necesitaron conservar y transmitir información hereditaria.

Los científicos consideran uno de los posibles lugares de origen de la vida a los alrededores de fuentes hidrotermales. El agua de mar penetra en las fisuras de la corteza terrestre, se calienta, reacciona con las rocas y vuelve al fondo, cargada de sustancias disueltas. Con el agua llegan compuestos que pueden participar en la formación de moléculas orgánicas. Al mismo tiempo, los minerales de hierro y níquel ayudan a acelerar las transformaciones químicas. En las células modernas una función similar la realizan las enzimas, proteínas especializadas sin las cuales muchas reacciones necesarias para la vida serían demasiado lentas.

El mecanismo propuesto es bastante simple. El hidrógeno sirve como fuente de energía química, y el dióxido de carbono aporta el carbono para crear compuestos orgánicos. Con catalizadores metálicos, las sustancias iniciales pueden convertirse en moléculas más complejas, que luego participan en nuevas reacciones. Si el entorno repone de manera constante los suministros necesarios, el sistema químico puede funcionar durante largos periodos. Con el tiempo, alrededor de las primeras reacciones podrían desarrollarse cadenas adicionales de transformaciones.

Los científicos ya han comprobado parte de estas suposiciones en el laboratorio. En 2020, investigadores reprodujeron condiciones características de algunas fuentes hidrotermales submarinas y calentaron una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono hasta 100 °C. En presencia de minerales de hierro y níquel comenzaron a formarse compuestos que las células modernas emplean en su metabolismo. Entre los productos de la reacción se encontraban formiato, acetato y piruvato, además de metanol y metano. Para obtener esos compuestos los investigadores no necesitaron células vivas, ARN ni enzimas proteicas.

Particularmente interesantes son el acetato y el piruvato. Algunos microorganismos actuales obtienen compuestos orgánicos a partir de hidrógeno y dióxido de carbono mediante una secuencia de reacciones conocida como la vía del acetil-CoA. Los productos encontrados en el laboratorio participan en el mismo proceso bioquímico. La coincidencia sugiere que la naturaleza pudo haber aprovechado etapas separadas del metabolismo celular antes de la aparición de las propias células. Sin embargo, los científicos solo han reproducido una parte de las transformaciones necesarias, no un sistema autosostenible completo.

Al mismo tiempo, las primeras reacciones químicas no necesariamente se originaron en las profundidades del océano. Otro grupo de investigadores mostró que para algunas transformaciones no hacen falta ni fuentes calientes ni catalizadores metálicos. Mezclaron en agua dos compuestos orgánicos relativamente sencillos, piruvato y glioxilato, y obtuvieron una cadena de reacciones que recuerda a una parte importante del metabolismo moderno: el ciclo inverso del ácido cítrico. Las transformaciones ocurrieron a temperaturas moderadas, y los compuestos formados pudieron servir como base para la síntesis de aminoácidos, con los que los organismos vivos construyen proteínas.

Los resultados de laboratorio amplían la lista de posibles lugares de surgimiento de la vida. La química inicial pudo desarrollarse también en cuerpos de agua poco profundos, donde los compuestos orgánicos se acumulaban y gradualmente participaban en nuevas reacciones. Aun así, los investigadores deben determinar si en la Tierra joven existían los compuestos necesarios en cantidades suficientes y si las reacciones podían mantenerse sin intervención constante del exterior.

La idea de que el metabolismo precedió al código genético surgió hace varias décadas. En 1968, el biofísico Harold Morowitz sugirió que un aporte continuo de energía puede ordenar los procesos químicos y sostener cadenas estables de reacciones. Más tarde, el químico Günter Wächtershäuser propuso la hipótesis del mundo hierro-azufre, en la que los minerales del fondo oceánico ayudaban a crear compuestos orgánicos. Los experimentos modernos han permitido verificar etapas concretas de la evolución química propuesta.

Pero entre la formación de compuestos orgánicos y la aparición de la vida existe un gran vacío. Incluso si las reacciones químicas pueden continuar sin participación de organismos vivos, todavía no está claro cómo los sistemas iniciales aprendieron a reproducirse, conservar cambios útiles y transmitirlos a las generaciones siguientes. Sin herencia resulta difícil explicar cómo la selección natural pudo complejizar gradualmente los primeros mecanismos químicos.

Una cuestión igualmente compleja es la aparición de membranas celulares. En agua abierta las sustancias se dispersan con facilidad, y los productos de unas reacciones pueden interferir con otras. Para que un sistema químico funcione de forma estable necesitó una manera de mantener juntos los compuestos necesarios. Los científicos consideran distintas posibilidades, desde diminutas cavidades en minerales hasta burbujas de moléculas orgánicas capaces de crecer y dividirse.

Por ahora, la hipótesis «primero el metabolismo» sigue siendo una de las explicaciones posibles del origen de la vida. Los experimentos confirman que la naturaleza puede crear algunos de los componentes más importantes del metabolismo celular sin la participación de células. Sin embargo, nadie ha demostrado aún todo el recorrido desde compuestos químicos simples hasta un sistema que sostenga por sí mismo sus reacciones, se reproduzca y transmita información hereditaria. Es posible que el metabolismo, las primeras membranas y los mecanismos de herencia se desarrollaran en paralelo hasta integrarse en precursores de los organismos actuales.