El hidrógeno es la clave desconocida que realmente permitió la vida en la Tierra

El hidrógeno es una de las fuentes de energía más prometedoras para nuestro futuro. Los expertos dicen que su adopción nos ayudará a paliar la crisis energética y que es una herramienta fundamental para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Pero un nuevo estudio acaba de demostrar que el hidrógeno es un combustible que ya fue clave en el pasado para dar origen a la vida, hace unos 4.000 millones de años.

Aunque no se conoce bien el proceso exacto que dio lugar a las primeras formas de vida en la Tierra, se piensa que para que surja tiene que haber tres componentes básicos: moléculas basadas en el carbono, agua líquida y una fuente de energía.

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Jesús Díaz

El nuevo estudio publicado en la revista PNAS por investigadores de la Universidad de Düsseldorf y el Instituto Max Planck, ambos en Alemania, asegura que el hidrógeno fue esa fuente de energía que usaron las primeras células para desarrollarse.

Las fábricas submarinas de hidrógeno

Muchos científicos piensan que las primeras células surgieron en lugares tan extremos como el fondo marino o las rocas calientes de las profundidades de la corteza terrestre. Allí, las fuentes hidrotermales —grietas del subsuelo de las que sale agua geotermalmente caliente— produjeron hidrógeno. La reacción entre el hidrógeno y el dióxido de carbono permitió que los microorganismos fueran capaces prosperar a pesar de la oscuridad total y las condiciones que reinan en esos ambientes extremos.

El hidrógeno es el combustible necesario para que surja la reacción, pero saber cómo las células han sido capaces de cosechar su energía ha sido un enigma hasta hace poco. Los científicos descubrieron que las células primero tienen que empujar los electrones del hidrógeno energéticamente cuesta arriba. "Es como pedirle a un río que fluya cuesta arriba en vez de cuesta abajo, así que las células necesitan soluciones de ingeniería", explica Max Brabender, uno de los autores del estudio recién publicado.

Para conseguir cambiar el curso de este río energético, las células activan un proceso llamado bifurcación de electrones por el que envían los dos electrones del hidrógeno por caminos diferentes. Uno va muy cuesta abajo y pone en movimiento un mecanismo similar al de una polea (o un sifón) que puede tirar energéticamente del otro electrón cuesta arriba.

Sin embargo, cómo pudo funcionar una reacción energéticamente ascendente en la evolución primitiva sin que existieran las enzimas o las células, ha sido otro enigma muy difícil de resolver.

"Varias teorías diferentes han propuesto cómo el medio ambiente podría haber empujado los electrones energéticamente cuesta arriba hacia la ferredoxina [un transportador biológico de electrones] antes del origen de la bifurcación de electrones", explica William F. Martin, líder del equipo de investigadores de la Universidad de Düsseldorf y uno de los autores principales del estudio. "Hemos identificado un proceso que no podría ser más simple y que funciona en las condiciones naturales de los respiraderos hidrotermales".

El hierro también es clave

El nuevo estudio demuestra que en el ambiente de los respiraderos hidrotermales del fondo del océano no se necesitan proteínas. El enlace H-H del hidrgrógeno (H₂) se divide en la superficie del hierro —el único metal identificado en el nuevo estudio capaz de enviar los electrones del hidrógeno cuesta arriba hasta la ferredoxina— generando protones que son consumidos por el agua alcalina y electrones que luego se transfieren fácilmente y de forma directa a la ferredoxina, explican los investigadores.

"Los metales aportan respuestas", afirma Martina Preiner, líder del equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre de Marburgo y la otra autora principal del estudio. "En el inicio de la vida, los metales, en condiciones ambientales ancestrales, pueden enviar los electrones del hidrógeno hacia arriba y podemos ver restos de esa química primordial conservados en la biología de las células modernas".

Pero los metales por sí solos no bastan. "El entorno también tiene que producir hidrógeno", añade Delfina Pereira, investigadora del equipo de Preiner, que también ha participado en el artículo. Esos entornos, dice, se encuentran en los respiraderos hidrotermales del suelo marino, donde el agua interactúa con rocas que contienen hierro para producir hidrógeno y donde los microbios aún viven hoy de ese hidrógeno como fuente de energía.