El que una granja a Catalunya ens va ensenyar sobre l’origen de la vida

Fa nou anys, el responsable d’una granja a Maçanet de la Selva (Girona) va observar una cosa molt curiosa. A causa d’unes obres, calia netejar una fossa sèptica que havia contingut purins de porc durant anys. L’operació va posar al descobert una magnífica formació de cristalls que entapissaven les parets de formigó de la fossa. L’assenyat granger, fascinat pel singular fenomen, va recollir nombroses mostres i, pensant en el potencial interès dels vidres, va remetre diversos al nostre laboratori.

Els identifiquem com struvita, fosfat de magnesi i amoni. A part de la mida dels cristalls, no hi havia res estrany. La struvita és habitual en ambients pobres en oxigen, amb amoníac i matèria orgànica. Si trobeu vidres o una sorra cristal·lina en una llauna de conserva de peix podria tractar-se d’struvita formada després de l’enllaunat. No es preocupi: és innòcua i no implica una mala conservació.

Aquesta anècdota va cobrar interès passats uns anys. Va ser durant les discussions sobre la química de l’origen de la vida, que manteníem al NSF-NASA Center for Chemical Evolution. Volíem entendre un vell problema de l’origen de la vida: com es va incorporar el fosfat a l’evolució química (processos de síntesi, acoblament i selecció molecular que porten cap a la complexitat bioquímica i la vida)?. Això va poder ocórrer a la Terra fa uns 4 200 milions d’anys i el fosfat és una de les claus.

Aquella fossa gironina va ser inspiradora en la nostra investigació sobre el tema.

Fosfat: el suport del llibre de la vida

Potser el primer que vingui a la ment a l’pensar en fòsfor i vida siguin els ossos, formats per fosfat càlcic. Però, si viatgem pel món molecular, veiem que el fosfat és clau en la comunicació i regulació cel·lular, en el metabolisme i l’energia. També forma la carcassa de l’ADN i l’ARN.

El fosfat connecta les lletres en l’ADN, i és el suport ideal per a la informació genètica. Afavoreix la formació de la doble hèlix, el plegament d’estructures com el ribosoma, és essencial en la interacció entre ADN i proteïnes i en processos bàsics de la biologia molecular com la replicació. El fosfat és l’enquadernat d’un llibre molt flexible, sobre el qual es pot escriure la informació de manera que es pugui llegir, copiar i corregir.

No coneixem cap alternativa viable al fosfat que permeti l’evolució tal com la coneixem. Per això, pensem que en el procés que va donar origen a la vida hi va haver un moment decisiu en què va entrar el fosfat des de l’entorn mineral. Però el fosfat tendeix a formar minerals molt insolubles i, a més, és difícil que reaccioni amb els precursors orgànics de la vida.

Aquesta dificultat es va denominar “el problema del fosfat”, i ens interessava explorar possibles solucions.

La intuïció de Darwin

Alguns meteorits són rics en schreibersita (fosfur de ferro), una forma de fòsfor molt rara al nostre planeta. A la Terra primitiva, sotmesa a un intens bombardeig meteorític, aquest fosfur va haver de ser molt més freqüent. El nostre col·lega Matthew Pasek va observar una cosa molt interessant: la schreibersita es meteoriza alliberant espècies de fòsfor actives, que formen fàcilment compostos orgànics amb fosfat. Potser els meteorits eren la clau del problema del fosfat.

No obstant això, semblava difícil que la schreibersita fos eficaç per impulsar l’evolució química, ja que només és una part menor d’un petit percentatge dels meteorits totals. S’ha vist que l’impacte de llamps en sòls amb fosfat dóna lloc a fulgurites amb fosfur, el que augmentaria la seva abundància.

Nosaltres ens vam plantejar una idea diferent: el fosfat és la forma més abundant de fòsfor. A més, el fosfat tendeix a concentrar-se en ambients volcànics formant ara les tefres de fosfat amb minerals com apatits o merrillita. En una zona volcànica, en què es formin basses que s’assequen i inunden estacionalment, podrien acumular-se minerals d’alteració i compostos orgànics formats en el que anomenem química prebiòtica.

Si això passa sobre un sòl amb fosfat, es formaran precursors de l’ARN?

Era inevitable recordar la carta que Charles Darwin va escriure el 1871 a JD Hooker, en què imaginava una “petita bassa calenta” contenint fosfat i amoníac, on, per efecte de la llum, calor i descàrregues elèctriques, podria haver-se format la matèria orgànica que precedir la vida. Pensem que aquesta “bassa calenta” primordial deu semblar-se a la nostra fossa sèptica gironina, rica en urea i matèria orgànica. A més, va haver de contenir altres components rellevants en la Terra primitiva, com cianur i els seus derivats.

Quan portem a terme l’experiment de “bassa d’urea” sobre mineral de fosfat, es van formar bells cristalls de struvita. Alguns científics pensaven que l’struvita és un mineral associat a la vida. De fet, a la fossa sèptica, la descomposició bacteriana de la urea crea les condicions per a la seva formació. Nosaltres vam veure que és possible la seva formació en absència de vida. A més, la combinació d’struvita i urea promou, entre d’altres, la formació dels precursors de l’ARN.

Així, no depenem de meteorits i raigs per explicar com el fosfat va entrar en l’evolució prebiòtica. N’hi hauria prou amb la pròpia geoquímica del planeta. Per descomptat, tots dos processos podrien haver ocorregut simultàniament, contribuint a la formació de compostos fosfatats.

Els processos químics que van donar lloc als precursors de la vida també van poder canviar les roques, contribuint a la seva meteorització i formant minerals com l’struvita. En l’origen de la vida no només cal tenir en compte molècules com l’ARN. També és molt important el context geològic i els minerals. Per això, l’exploració de la geologia i mineralogia de Mart és important per entendre com es va originar la vida. Si a Mart es trobaran minerals relacionats amb l’struvita, podrien ser un marcador prebiòtic que ens indicaria que al planeta va poder donar-se l’inici del camí cap a la vida.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation. Llegiu l’original.