No es un chef quien lo prepara, ni un restaurante el que lo sirve. El caldo que se cocina en el laboratorio del Donostia International Physics Center (DIPC) forma parte de PROTOS, un ambicioso proyecto científico financiado con 10 millones de euros por el Consejo Europeo de Investigación a través de una ERC Synergy Grant y liderado por el Profesor Ikerbasque en el DIPC Juan Manuel García-Ruiz. PROTOS tiene como objetivo crear mundos primitivos, o PROTO mundos, dentro de matraces de vidrio para estudiar, entre otras cosas, el rol que juega la sílice en ese “caldo primigenio” que dio origen a la vida en la Tierra.
La idea de reproducir las condiciones de la Tierra primitiva en un matraz no es nueva, se basa en el célebre experimento que realizó el científico Stanley Miller el mismo año en que nació Juan Manuel García-Ruiz. “Es uno de los experimentos más elegantes e interesantes de la historia de la ciencia», afirma García-Ruiz al referirse a este experimento que, al igual que PROTOS, combina agua, gases y descargas eléctricas dentro de un reactor de vidrio.
García-Ruiz fue pionero en 2021 cuando decidió modificar un aspecto clave del experimento de Miller, reemplazando el reactor de vidrio por uno de teflón, un material inerte. El resultado fue revelador: no surgieron ni los aminoácidos ni las nucleobases que aparecían en los experimentos anteriores y que se consideran ladrillos fundamentales de la vida. “Se trataba de un experimento icónico, que nadie se atrevía a cuestionar. Tardamos años en explicar que no estábamos poniendo en duda el experimento de Miller, sino que estábamos incorporando la sílice del vidrio como una variable clave en el proceso de formación de los aminoácidos”, explica García-Ruiz.
Según García-Ruiz, la atmósfera y el agua no fueron los únicos catalizadores de la vida en el caldo primigenio. Las rocas donde se cocinó ese caldo también jugaron un rol importante, ya que contenían especialmente la sílice y los silicatos.
“Siempre he pensado que la sílice es fundamental en la síntesis de los compuestos prebióticos y con PROTOS hemos ido más allá. Nuestros resultados muestran que la sílice también induce la formación de estructuras biomorfas, o protocélulas, que son compartimientos imprescindibles para que se produzcan reacciones de mayor complejidad, y eventualmente vida.
Creemos que estas vesículas huecas siempre han estado allí, incluso en el experimento de Miller, pero nadie las había buscado porque se pensaba que era un fenómeno posterior”, explica el profesor García-Ruiz.
Con la incorporación de García-Ruiz como profesor Ikerbasque en el DIPC, ambas instituciones acogen la ERC Synergy Grant PROTOS, abriendo una nueva línea de investigación en el DIPC.
“Con la llegada de PROTOS, el DIPC desarrollará una línea de investigación de vanguardia sobre los procesos químicos y físicos que llevaron a la aparición de los primeros organismos vivos. El proyecto PROTOS es realmente fascinante y es un privilegio que se pueda llevar adelante en nuestro centro”, declara Ricardo Diez Muiño, director de DIPC.
Para Ikerbasque, en palabras de su director científico Fernando Cossio, “la frontera del conocimiento nos atrae con una fuerza creciente, proporcional a la ambición de las preguntas planteadas y de los proyectos que permitan responderlas. Cada vez que se resuelven dudas, surgen nuevas preguntas, más interrogantes que nos animan a seguir explorando. La relevancia de este tipo de proyectos nos confirma que en Euskadi estamos en condiciones de apoyar el liderazgo de líneas de investigación de vanguardia, que se dan las condiciones necesarias para que investigadores del nivel del Juan Manuel García confíen en Ikerbasque y en el DIPC para desarrollar su proyecto científico y vital”.
En el caso del profesor García-Ruiz, su llegada al DIPC le ha permitido conservar su puesto como profesor ad honorem del CSIC en el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra de Granada, crear desde cero su propio laboratorio de Autoorganización Mineral y Origen de la Vida, y además mantener activa otra de sus pasiones, la divulgación científica. “La acogida en el DIPC ha sido excelente. Contamos con el apoyo del Gobierno Vasco a través de Ikerbasque, estamos construyendo un laboratorio de vanguardia para seguir avanzando en nuestra investigación y yo he podido desarrollar proyectos de divulgación junto al DIPC. Estoy encantado”, afirma García-Ruiz.
Doble cita con la divulgación: Cristales Gigantes y ExoMars
Precisamente la próxima semana, el martes 11 de marzo, tendrá lugar la proyección del documental ‘El misterio de los cristales gigantes’ con un diálogo posterior en el que participará García-Ruiz junto al director de la cinta Javier Trueba. Esta proyección es una oportunidad para conocer la extensa trayectoria de García-Ruiz como cristalógrafo y emprender junto a él un viaje hacia las profundidades de la Tierra, para intentar explicar uno de los grandes misterios del mundo mineral: la formación de cristales gigantes de yeso. (Más información sobre esta cita, aquí).
El miércoles 12 de marzo, el responsable científico del programa ExoMars de la Agencia Espacial Europea (ESA), Jorge Vago, ofrecerá la charla Buscando vida en Marte con el rover Rosalind Franklin, un explorador espacial que será enviado al planeta rojo en 2028 para investigar el subsuelo marciano en busca de evidencias biológicas. El encuentro y el posterior diálogo serán guiados por García-Ruiz, quien además colabora en la misión ExoMars como “científico interdisciplinar”. Esto supone que PROTOS tendrá acceso directo a los datos obtenidos por el rover Rosalind Franklin. (Más información sobre esta cita, aquí).
Primeros resultados
PROTOS es una colaboración internacional liderada por el profesor Ikerbasque Juan Manuel García-Ruiz y en la que participan el DIPC como coordinador del proyecto, la Universidad de Bremen, el Naturalis Biodiversity Center de Leiden, la Universidad Leibniz de Hannover, el laboratorio Geo-Ocean del CNRS, el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (IACT-CSIC) y el
laboratorio Génie Chimique del Instituto Nacional Politécnico de Toulouse.
Los primeros resultados de PROTOS han sido publicados recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Science (PNAS). En este estudio, García-Ruiz y su equipo entregan nuevas evidencias que indican que la sílice indujo la formación de estructuras biomorfas, que García-Ruiz define como “protocélulas”.
Las imágenes de estas protocélulas dieron la vuelta al mundo. Según García-Ruiz, la presencia de estas vesículas huecas en los matraces de PROTOS sugiere que las condiciones para la vida estaban presentes en la Tierra mucho antes de lo que se pensaba, en el período geológico conocido como Hádico, que comienza con la formación de nuestro planeta, hace 4.600 millones de años, y finaliza hace 4.000 millones de años.
“Los resultados de PROTOS indican que todos los ingredientes básicos de la vida estaban allí desde el principio. Esto implica que la vida es el resultado de una evolución química de millones de años, torpe, lenta, pero muy terca. No hay una chispa divina, no hay un diseño inteligente, hay un montón de árboles truncados junto al árbol de la vida”.
A medida que avanzan los experimentos de PROTOS, García-Ruiz advierte: “La diferencia entre lo vivo y lo no vivo se vuelve cada vez más difusa. Estamos lejos de comprender la secuencia completa que permitió la transición desde moléculas sencillas hasta organismos vivos, pero seguimos cocinando para ver qué sucede”.
La cocina de PROTOS
Los experimentos del proyecto PROTOS se llevan adelante en el Laboratorio de Autoorganización Mineral y Origen de la Vida del profesor Juan Manuel García-Ruiz en Donostia/San Sebastián.
Entre reactores de cuarzo, teflón y borosilicato, GarcíaRuiz trabaja codo a codo con los investigadores Christian Jenewein y Borja Aparicio. El equipo incluye además a Andrés Blanco, manager del proyecto PROTOS.
En las paredes de los matraces se puede observar una capa marrón, producto de las descargas eléctricas y la radiación ultravioleta, en la cual García-Ruiz y su equipo ya han podido identificar hasta 17 tipos de aminoácidos y las 5 nucleobases que componen el ADN.
Además, en la superficie del caldo se distinguen unas pequeñas partículas oscuras. “Eso que flota son las vesículas huecas que llamamos protocélulas. Son pequeños compartimientos que permiten que los compuestos prebióticos puedan reaccionar entre sí y evolucionar hacia una mayor complejidad”, explica García-Ruiz.
En las paredes de estas vesículas, el equipo de García-Ruiz ha encontrado polímeros de ácido cianhídrico, una sencilla molécula compuesta por un átomo de hidrógeno, uno de carbono y uno de nitrógeno. “Varios estudios sugieren que a partir de estos polímeros se puede crear todo, incluyendo la vida”, asegura García-Ruiz.
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