Un mineral común podría haber dado origen a las primeras moléculas de la vida

Un mineral abundante en la Tierra pudo haber sido clave en el origen de la vida. Nuevas simulaciones revelan cómo la alúmina ayudó a formar las primeras cadenas de aminoácidos sin necesidad de enzimas.

Por Enrique Coperías

Mediante simulaciones moleculares, los científicos ha podido comprobar que la alúmina atrae, retiene y alinea moléculas de glicina, favoreciendo su unión en cadenas largas que dan origen a péoptidos. Foto: FlyD

¿Cómo surgió la vida en la Tierra a partir de moléculas simples? Esta es una de las grandes preguntas que sigue fascinando a la ciencia. Sabemos que los aminoácidos, los bloques fundamentales de las proteínas, pueden formarse en condiciones prebiológicas, como demostraron los célebres experimentos de Miller y Urey, pero unir estos aminoácidos para formar cadenas más largas, conocidas como péptidos, es otro cantar.

El experimento de Miller y Urey, llevado a cabo en 1952 por Stanley Miller bajo la supervisión de Harold Urey en la Universidad de Chicago, es uno de los hitos más emblemáticos en la investigación sobre el origen de la vida. Su objetivo era comprobar si los compuestos orgánicos esenciales para la vida —como los aminoácidos— podían formarse espontáneamente en las condiciones que se creía existían en la atmósfera primitiva de la Tierra.

Para simular ese ambiente ancestral, la pareja de científicos construyó un aparato cerrado que contenía una mezcla de gases —metano (CH₄), amoníaco (NH₃), hidrógeno (H₂) y vapor de agua (H₂O)—, que se pensaba que representaban la composición de la atmósfera terrestre hace unos 3.800 millones de años.

Un cóctel muy eléctrico

Esta mezcla fue sometida a descargas eléctricas continuas durante varios días, simulando los rayos frecuentes que probablemente azotaban la Tierra primitiva, en un intento de recrear las condiciones de tormentas eléctricas en ese entorno.

Después de una semana de experimentación, Miller observó que en el líquido resultante habían aparecido varios compuestos orgánicos, incluidos aminoácidos como la glicina y la alanina, esenciales para la formación de proteínas.

Este resultado fue revolucionario: por primera vez se demostraba experimentalmente que moléculas clave para la vida podían surgir de manera abiótica, es decir, sin intervención biológica, a partir de componentes simples.

El experimento fue ampliamente celebrado, porque ofrecía una explicación plausible de cómo la química prebiótica pudo haber dado origen a los primeros bloques constructores de la vida. Aunque más adelante se descubrió que la composición de la atmósfera primitiva era quizá menos reductora de lo que Miller y Urey supusieron, estudios posteriores han mostrado que, incluso bajo condiciones más realistas, pueden formarse compuestos orgánicos similares, especialmente si se consideran otras fuentes de energía, como rayos UV, impactos de meteoritos y fuentes hidrotermales.

El juego del aluminio

Volviendo a los aminoácidos, la unión de estos para originar péptidos en soluciones acuosas es altamente improbable sin la asistencia de enzimas. Entonces, ¿qué pudo haber facilitado esa unión crucial en la Tierra primitiva?

Un nuevo estudio científico publicado en la revista Science Advances plantea una hipótesis sorprendente: ciertos minerales naturales, en particular el óxido de aluminio en su forma cristalina más estable, la α-alúmina, podrían haber jugado un papel esencial.

Utilizando simulaciones moleculares avanzadas, Vincenzo Carnevale y Eric Borguet y sus colegas de la Universidad del Temple, en Estados Unidos, han demostrado que este mineral no solo atrae y retiene moléculas de glicina —el aminoácido más simple—, sino que además las organiza y concentra en su superficie de forma que facilita su ensamblaje en cadenas largas.

Este descubrimiento aporta nuevas claves sobre el posible origen de la vida en la Tierra y abre nuevas puertas en la investigación de la química prebiótica, es decir, las reacciones químicas que pudieron ocurrir en la Tierra antes de la existencia de vida.

Minerales como catalizadores biológicos

La idea de que las superficies minerales pudieron actuar como catalizadores naturales no es nueva, pero este estudio ofrece una perspectiva innovadora. A diferencia del agua, donde las reacciones de condensación entre aminoácidos son energéticamente desfavorables, los minerales ofrecen una plataforma sólida y estructurada que podría haber facilitado la formación de los primeros polímeros biológicos.

En palabras de Carneval, estas superficies permiten que los aminoácidos se adhieran, se concentren localmente y se orienten de forma favorable para reaccionar entre sí.

Entre los distintos minerales evaluados, la alúmina presenta una ventaja clave: aunque no es el más activo desde el punto de vista catalítico —el dióxido de titanio, por ejemplo, lo supera en ese aspecto— es mucho más abundante en la corteza terrestre.

Además, produce menos subproductos que podrían obstaculizar la formación de cadenas peptídicas, lo que la convierte en un candidato ideal para haber sido un catalizador prebiótico natural.

Adsorción de moléculas de glicina en superficies de alúmina. Crédito: Ruiyu Wang

Simulaciones moleculares: una ventana al pasado

Para probar esta hipótesis, Carneval y el resto de investigadores emplearon simulaciones de dinámica molecular —una técnica computacional que permite observar en detalle cómo interactúan las moléculas—, enfocándose en la superficie 0001 —un plano muy particular del cristal— de la α-alúmina.

Descubrieron que la glicina muestra una fuerte afinidad por esta superficie, ya que forma enlaces de hidrógeno estables con los grupos funcionales del mineral. Esta interacción orienta las moléculas de manera específica y favorece su adsorción.

Cuando se simulan múltiples moléculas de glicina, estas no se dispersan aleatoriamente, sino que tienden a agruparse en cadenas conectadas mediante enlaces de hidrógeno. Aunque estas uniones no son covalentes, como las de los péptidos reales, representan un paso previo crucial para que eventualmente puedan producirse las verdaderas reacciones de condensación.

Cadenas diez mil veces más probables

Uno de los hallazgos más impactantes del estudio es que, en la superficie de la alúmina, la probabilidad de formar una cadena de diez glicinas es al menos 100.000 veces mayor que en el agua.

Esto se debe, principalmente, a la alta concentración local de glicina y a los efectos templados que impone la superficie del mineral, que actúa como una especie de molde molecular.

Además, las cadenas más largas tienden a alinearse con la estructura cristalina del mineral, lo que aporta estabilidad adicional y protege los enlaces emergentes del ataque del agua, un factor que podría haber sido vital en un entorno prebiológico.

El papel ambivalente del agua

Aunque el agua es esencial para la vida, en este contexto puede resultar un obstáculo. Para que las glicinas se unan, deben perder parte de su envoltura de moléculas de hidratación, que tienden a estabilizarlas e impedir su agrupación.

Los investigadores encontraron que, a medida que las glicinas se agrupan en cadenas más largas, el número de moléculas de agua a su alrededor disminuye. Esta deshidratación local parece ser un requisito fundamental para el ensamblaje de los aminoácidos.

Aunque el mineral favorece parcialmente este proceso, su propia afinidad por el agua lo complica. Por ello, los autores proponen que ciclos naturales de humedad y sequía, como los que ocurren en costas o zonas volcánicas, podrían haber desempeñado un papel importante en la formación de los primeros péptidos prebióticos.

Un escenario plausible para el origen molecular de la vida

Como apunta Borguet, este estudio no pretende resolver por completo el enigma del origen de la vida, pero aporta una pieza muy valiosa al rompecabezas. Demuestra que un mineral tan común como la α-alúmina podría haber proporcionado un entorno ideal para que moléculas orgánicas simples se organizaran y comenzaran a formar estructuras más complejas, dando los primeros pasos hacia la vida biológica.

Además, este descubrimiento no solo es relevante para la astrobiología y la búsqueda de vida en otros planetas —donde minerales similares podrían existir—, sino también para el desarrollo de nuevos materiales inspirados en procesos naturales.

La idea de que una roca corriente pudo ser el primer laboratorio químico de la historia de la vida es, sin duda, tan humilde como poderosa. ▪️

• Fuente: Ruiyu Wang et al. On the role of α-alumina in the origin of life: Surface-driven assembly of amino acids. Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adt4151