Una de las grandes dudas sobre el origen de la vida en la Tierra podría estar más cerca de resolverse: si las moléculas importantes para el organismo existen en versiones espejadas ‒o especulares, como si fueran la mano derecha y la izquierda‒, ¿por qué las células seleccionan tan solo una de esas versiones? Y lo que es más asombroso aún: la misma elección vale para todos los organismos, que utilizan la versión “mano derecha” de los azúcares (como la D-ribosa, presente en el ADN y el ARN) y la izquierda de los aminoácidos, que se identifican con la letra L. Un estudio publicado en mayo en la revista científica PLOS Biology indica que la selectividad de las membranas primitivas habría sido el factor decisivo para esta elección entre las formas de las moléculas, que moldó las bases de la vida tal como la conocemos.
La metáfora alusiva a las manos describe un fenómeno fundamental de la química: la lateralidad molecular o quiralidad. Si bien son idénticas en su composición, las versiones especulares no se alinean perfectamente entre sí. En la práctica, esto significa que una versión de la molécula encaja con precisión en los procesos biológicos, mientras que la otra no.
“La vida en la Tierra tiene preferencia por los azúcares en la configuración de la ‘mano derecha’ [D] y por los aminoácidos en la ‘mano izquierda’ [L], con algunas pocas excepciones”, explica el biólogo brasileño Juliano Morimoto, de la Universidad de Aberdeen, en Escocia, y del Programa de Posgrado en Ecología y Conservación de la Universidad Federal de Paraná (UFPR). “Cuando estos compuestos se producen químicamente bajo condiciones que simulan el origen de la vida, aparecen en proporciones iguales, tanto en la configuración de mano derecha como en la de izquierda. Pero como los sistemas biológicos solo utilizan una de las dos, tenía que existir algún mecanismo selectivo”, detalla el investigador, uno de los autores del estudio.
La explicación se remonta a hace miles de millones de años, cuando el planeta era un ambiente rebosante de reacciones químicas capaces de formar moléculas simples, tales como azúcares y aminoácidos, un escenario demostrado en la década de 1950 en los experimentos que llevó a cabo el químico estadounidense Stanley Miller (1930-2007) y también observado en meteoritos. La vida habría surgido a partir de la forma en que estas moléculas comenzaron a organizarse y a formar estructuras membranosas primitivas, que posteriormente dieron origen a las células.
Morimoto y sus colaboradores recrearon en laboratorio modelos similares a las membranas de las bacterias y arqueas, los dos grupos principales de organismos unicelulares considerados en las teorías sobre el origen de la vida, y constataron que estas barreras eran capaces de seleccionar qué moléculas podían atravesarlas. Este proceso sería el resultado de una permeabilidad determinada por las propiedades fisicoquímicas de las membranas, cuyas moléculas también tienen características de quiralidad inherentes en su composición: L en las arqueas y D en las bacterias y organismos eucariotas.
Asimismo, el equipo desarrolló una versión híbrida, combinando características bacterianas y arqueas para investigar si alguna de las tres mostraba propiedades compatibles con lo que se observa en la biología actual. “Lo que pudimos verificar es que la membrana híbrida posee la capacidad de seleccionar determinados azúcares e la “mano derecha” y aminoácidos de la “mano izquierda”, precisamente la selectividad que cabría esperar en el origen de la vida según nuestros conocimientos actuales de biología”, explica.
Con base en las membranas recreadas, los investigadores utilizaron una técnica que permite controlar con precisión el paso de fluidos que contienen distintos azúcares y aminoácidos alrededor de las vesículas formadas. Añadieron un marcador fluorescente en el interior de las membranas y monitorearon la intensidad del brillo emitido a lo largo del tiempo. Cuando las moléculas externas lograron atravesarlas e interactuar con el marcador, la fluorescencia cambiaba, revelando el ingreso de la sustancia. Este método permitió comparar directamente la permeabilidad entre las moléculas de “mano derecha” y de “mano izquierda”.
“La solución al misterio de la quiralidad de la vida quizá se encuentre justamente en la permeabilidad selectiva de las membranas de las protocélulas”, analiza el físico y astrónomo brasileño Marcelo Gleiser, del Dartmouth College, en Estados Unidos, quien no participó en la investigación. Es autor de un artículo publicado en 2022 en la revista científica Origins of Life and Evolution of Biospheres, sobre los posibles orígenes de la homoquiralidad (la preferencia por L-aminoácidos y D-azúcares) en la vida terrestre.
En la publicación, Gleiser plantea que esta definición podría haberse originado a partir de tres mecanismos distintos: fluctuaciones ambientales locales que actuaron de manera aleatoria, la influencia de la radiación ultravioleta polarizada circularmente en regiones de formación estelar, o incluso efectos sutiles de violación de la paridad a nivel subatómico. Cada una de estas hipótesis, sostiene, implica consecuencias observacionales diferentes, tanto en el sistema solar como en los exoplanetas, lo que sugiere que la búsqueda de vida fuera de la Tierra puede llegar a ser esencial para dilucidar el origen de esta asimetría fundamental en los sistemas biológicos que hasta ahora conocemos.
En referencia a la hipótesis probada por Morimoto y sus colaboradores, Gleiser afirma que es válida y presenta resultados interesantes, aunque no es posible saber con total precisión cuál era el conjunto de factores físicos, químicos y ambientales de la Tierra en aquella época. “La mayor dificultad sobre este punto reside en poder determinar si ese fue exactamente el proceso que tuvo lugar hace 4.000 millones de años, dado que no tenemos acceso a las condiciones planetarias de aquella época primigenia”, sopesa.
Consciente de los retos que plantea la reconstrucción de acontecimientos del pasado remoto, el grupo de Morimoto avanza en dos frentes para seguir profundizando en la comprensión de la quiralidad. Con un fondo de 1,4 millones de libras en financiación concedido por la Gordon and Betty Moore Foundation, una organización de apoyo a la investigación estadounidense, los investigadores se proponen estudiar en detalle la influencia de la composición química de las membranas de las protocélulas sobre el origen de la permeabilidad selectiva. Simultáneamente, desarrollan un modelo matemático con miras a entender la dinámica de ese fenómeno e identificar las condiciones mínimas necesarias para que ocurra un proceso de selección natural.
Artículos científicos
GOODE, O. et al. Permeability selection of biologically relevant membranes matches the stereochemistry of life on Earth. PLOS Biology. Online. 20 mayo 2025.
GLEISER, M. Biological homochirality and the search for extraterrestrial biosignatures. Origins of Life and Evolution of Biospheres. v. 52, p. 93-104. 15 ago. 2022.
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