El descubrimiento de vesículas de arcilla inorgánica semi-permeable indica que los minerales podrían haber desempeñado un papel clave en los orígenes de la vida.
Un equipo de físicos aplicados de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS), Princeton y Brandeis han demostrado la formación de vesículas semi-permeables a partir de la arcilla inorgánica.
La investigación, publicada esta semana on-line en la revista Soft Matter, demuestra que las vesículas de arcilla proporcionan un contenedor ideal para la compartimentación de las moléculas orgánicas complejas.
Los autores dicen que el descubrimiento abre la posibilidad de que las células primitivas puedan haberse formado dentro de micro-compartimentos en la arcilla inorgánica.
Hay mucho trabajo, que data de hace varias décadas, que explora el papel de las burbujas al concentrar moléculas y nanopartículas para permitir que tenga lugar una química interesante”, dice el autor principal Anand Bala Subramaniam, candidato doctoral en SEAS.
“Ahora hemos proporcionado un mecanismo físico completo para la transición de un sistema de burbujas de arcilla-aire de dos fases, el cual impide cualquier química en fase acuosa, a un sistema de vesícula de arcilla en fase acuosa”, dice Subramaniam, “creando una vesícula semi-permeable a partir de materiales que están fácilmente disponibles en el entorno”.
“Las burbujas recubiertas de arcilla” se forman de manera natural cuando las partículas en forma de placas de montmorillonita se agrupan en la superficie exterior de burbujas de aire bajo el agua.
Cuando las burbujas de arcilla entran en contacto con líquidos orgánicos simples como el etanol y el metano, que tienen una tensión superficial menor que el agua, el ´líquido moja las placas solapadas. Conforme se humedece la superficie interna de la capa de arcilla, la burbuja de aire interno perturbado se disuelve.
Los científicos han estudiado la montmorillonita, una abundante arcilla, durante cientos de años, y se sabe que el mineral sirve como catalizador químico, animando la formación de membranas por parte de los lípidos y la unión de nucleótidos en hebras de ARN.
Debido a que los liposomas y ARN habrían sido precursores esenciales de la vida primigenia, Subramaniam y sus coautores sugieren que los poros en las vesículas de arcilla realizan la doble tarea de ser puntos de entrada y lugares de catálisis.
“La conclusión aquí es que las pequeñas moléculas de ácidos grasos entran y se auto-ensamblan en estructuras mayores, y luego no pueden salir”, dice el investigador principal Howard A. Stone, Profesor Dixon de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en Princeton y antiguo miembro del profesorado de Harvard. “Si hay un beneficio en quedar protegido por una vesícula de arcilla, ésta es una forma natural de favorecer y seleccionar las moléculas que pueden auto-organizarse”.
Futuras investigaciones explorarán las interacciones físicas entre las partículas de arcilla en forma de placa, y entre los líquidos y la arcilla. Los investigadores también están interesados en ver si estas vesículas de arcilla pueden, de hecho, encontrarse actualmente en el entorno natural.
“Si las vesículas de arcilla desempeñaron un papel significativo en el origen de la vida es algo que, desde luego, desconocemos”, dice Subramaniam, “pero el hecho de que sean tan robustas, junto con las propiedades catalíticas bien conocidas, sugieren que pueden haber tenido algún papel”.
Los coautores de Subramaniam y Stone son Jiandi Wan, de la Universidad de Princeton, y Arvind Gopinath, de la Universidad de Brandeis.
La investigación fue patrocinada por el Harvard Materials Research Science and Engineering Center, y apoyada por el Harvard Center for Brain Science Imaging Facility.
Fuente:
Ciencia Kanija