Bajo el tipo de intensa luz ultravioleta que bañó la joven Tierra, el uracilo, la letra genética que utiliza el ARN, se descompuso unas siete veces más rápido que la timina, la letra que utiliza el ADN en su lugar. El resultado proviene de un estudio de laboratorio realizado por químicos de la Universidad de Wisconsin-Madison, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
La brecha era aún mayor cuando las moléculas estaban unidas a sus azúcares. Como nucleósidos, los componentes básicos utilizados en las cadenas genéticas, la uridina se degrada aproximadamente 67 veces más rápido que la timidina, según un resumen del trabajo de Earth.com.
Esto ofrece una pista concreta para uno de los enigmas de larga data de la biología. Muchos científicos piensan que la vida temprana dependía del ARN antes de que el ADN se hiciera cargo del almacenamiento de genes a largo plazo, y los autores sugieren que la luz solar intensa puede haber favorecido a la timina durante ese cambio. Pero el mismo estudio también encontró que la luz ultravioleta por sí sola no puede explicar por qué la vida se estableció en su alfabeto genético de cinco letras.
Prueba de 24 moléculas bajo un cielo libre de ozono
Antes de que el oxígeno se acumulara en la atmósfera durante el Gran Evento de Oxidación, la Tierra no tenía una capa de ozono para bloquear la luz ultravioleta. Cualquier molécula situada en aguas poco profundas habría estado expuesta a una radiación lo suficientemente fuerte como para romper los enlaces químicos.
La idea de que la luz solar actuaba como filtro no es nueva. Investigaciones anteriores descubrieron que las bases de la vida liberaban energía ultravioleta absorbida en una billonésima de segundo, más rápido que muchas moléculas similares, lo que llevó a algunos científicos a proponer que la luz ultravioleta destruía candidatos menos estables y dejaba atrás las letras de la vida. Se han encontrado moléculas de anillo como estas en meteoritos y en muestras devueltas por el asteroide Ryugu, y el joven Sol, aunque sólo alrededor del 70 por ciento de su brillo actual, probablemente emitió niveles similares de luz ultravioleta relevante.
El equipo de investigación, dirigido por el primer autor Marcos Jusino-Maldonado en el laboratorio de la química y astrónoma Zoe Todd, disolvió 24 moléculas en agua. Nueve eran parte del alfabeto genético de la vida, incluidas cuatro bases y cinco nucleósidos, y 15 eran moléculas parecidas que la vida no utiliza. La guanina quedó fuera porque no se disolvió lo suficientemente bien.
Las muestras fueron expuestas a luz ultravioleta de 254 nanómetros procedente de lámparas de mercurio después de eliminar la mayor parte del oxígeno. Luego, los científicos rastrearon la rapidez con la que desaparecía cada molécula y repitieron cada prueba al menos tres veces.
De las 24 moléculas, la que se degradaba más rápido se descomponía unas 650 veces más rápido que la más lenta. La adenosina, una de las moléculas propias de la vida, era la más estable de todas. La uridina, otra de las moléculas de la vida, se descompone más rápidamente.
Las cartas de la vida no fueron las más difíciles
Esa difusión es el mensaje principal del estudio y va en contra de una historia ordenada. Las moléculas de la vida aparecieron en todo el rango de estabilidad en lugar de agruparse en el extremo duradero, y varias parecidas sobrevivieron a ellas. La melamina, una molécula anular que la vida no utiliza, fue el segundo compuesto más estable probado.
Los autores dejaron clara su conclusión en el título del artículo: “La irradiación ultravioleta continua jugó un papel no concluyente en la selección del alfabeto genético canónico”. En otras palabras, sobrevivir a la luz del sol fue probablemente una presión entre varias, no el factor decisivo.
Otros factores que enumera el equipo incluyen qué tan bien una molécula soporta la copia de ARN, qué tan abundante podría haber sido en la Tierra primitiva y el azar. Las moléculas de un solo anillo conocidas como pirimidinas obtuvieron malos resultados en general, y 10 de las 12 analizadas se ubicaron entre las 12 menos estables.
El resultado de la timina destaca porque se alinea con una transición conocida. El ARN utiliza uracilo y el ADN utiliza timina, y si los primeros sistemas genéticos se enfrentaron a una exposición constante a los rayos ultravioleta, una letra más duradera podría haber ofrecido una ventaja a medida que surgía un almacenamiento genético de mayor duración.
Un segundo estudio alcanza un énfasis diferente
La pregunta está llamando la atención de más de un laboratorio. Un artículo separado de PNAS publicado en agosto por investigadores de la Universidad Texas A&M, dirigido por Peter Rentzepis, comparó la timina y el uracilo bajo luz ultravioleta de 265 nanómetros y llegó a una imagen más matizada.
Ese equipo encontró que la timina era más fotorreactiva en general, pero formaba el tipo de daño más permanente más lentamente que el uracilo, dirigiendo el daño hacia una forma reparable. “Estos hallazgos respaldan el concepto de que las nucleobases evolucionaron como ‘protectores solares moleculares'”, escribieron los autores de Texas A&M, argumentando que las moléculas pueden haber sido seleccionadas para controlar el daño en lugar de evitarlo.
Los dos estudios midieron cosas diferentes bajo diferentes longitudes de onda (tasas de descomposición en uno, vías de daño en el otro), por lo que no se contradicen directamente entre sí. Ambos, sin embargo, señalan el estrés ultravioleta como una presión plausible sobre la química genética temprana, aunque no llegan a una respuesta final.
Límites que los lectores deben conocer
Los resultados de Wisconsin provienen de moléculas en agua bajo lámparas, no de condiciones planetarias reales. Las lámparas emitían una única longitud de onda, mientras que el joven Sol emitía ultravioleta en aproximadamente 200 a 300 nanómetros, por lo que las moléculas que absorben en otras longitudes de onda podrían comportarse de manera diferente en la luz solar real.
Los experimentos también omitieron la protección natural que podrían haber tenido las primeras moléculas, como el agua profunda, otras sustancias químicas disueltas y los pequeños poros de las rocas. Algunos escenarios del origen de la vida, incluidos aquellos cerca de respiraderos de aguas profundas, no involucran la luz solar en absoluto. Parte del daño ultravioleta fue reversible cuando las muestras se calentaron en la oscuridad, por lo que las tasas medidas pueden exagerar las pérdidas en el mundo real.
El estudio es de química de laboratorio, revisado por pares y publicado en línea el 28 de septiembre antes de la edición del 13 de octubre de la revista. No muestra cómo comenzó la vida y no cambia ninguna guía de salud pública sobre la exposición a los rayos ultravioleta en la actualidad.
El equipo planea repetir los experimentos en una gama más amplia de longitudes de onda ultravioleta. Por ahora, la razón por la que la vida eligió sus cinco letras particulares sigue abierta, pero el hallazgo de timina ofrece a los investigadores un punto de partida mensurable para probar cómo un cielo más duro puede haber dado forma a la química que precedió a las células.
Lo que los lectores quieren saber
¿Qué encontró el estudio sobre la timina y el uracilo?
Bajo luz ultravioleta de 254 nanómetros, el uracilo se descompuso unas 7 veces más rápido que la timina y la uridina unas 67 veces más rápido que la timidina.
¿Explica esto por qué el ADN usa timina?
Ofrece una posible pista. Los autores sugieren que la luz ultravioleta puede haber favorecido a la timina durante un cambio del ARN al ADN, pero consideran que el papel general de los rayos UV en la selección del alfabeto de la vida no es concluyente.
¿Por qué la luz ultravioleta era más fuerte en la Tierra primitiva?
Antes de que el oxígeno se acumulara en la atmósfera, no existía una capa de ozono que bloqueara la radiación ultravioleta del Sol.
¿Eran las moléculas genéticas de la vida las más resistentes a los rayos UV?
No. Las moléculas de la vida abarcaban todo el rango de estabilidad, y varias moléculas que la vida no utiliza eran más duraderas.
¿Quién hizo la investigación?
Químicos de la Universidad de Wisconsin-Madison, dirigidos por Marcos Jusino-Maldonado en el laboratorio de Zoe Todd, publicado en PNAS.
¿Cuáles son los principales límites del estudio?
Utilizó una única longitud de onda en muestras de agua de laboratorio y no tuvo en cuenta el blindaje natural ni los entornos de origen de la vida sin luz solar.
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