Evolución proto biótica de la ruta Wood-Ljungdahl (WL) en ambientes hidrotermales durante la vida temprana, eón Arqueano: revisión, síntesis y modelo geoquímico

Abstract

Con el fin de explicar la evolución de la ruta de Wood-Ljungdahl (WL) durante la emergencia de la vida en el eón Arqueano, se propone un modelo basado en precursores ambientales hidrotermales. Para construir este modelo, se establecieron los mecanismos sensibles al contexto fisicoquímico en sistemas abióticos desde dos enfoques: con el enfoque bottom-up, se identificaron las condiciones que podrían facilitar las reacciones pre y protobióticas, y con el enfoque top-down, se constató la conservación molecular del mecanismo de reducción en la rama carboxilo y el núcleo de las enzimas monóxido de carbono deshidrogenasa CODH en bacterias acetógenas y arqueas metanógenas, lo que respalda la ancestría de esta ruta. La hipótesis de un origen autótrofo se valida mediante un mecanismo catalítico basado en metales de transición presentes tanto en los minerales derivados de la serpentinización en las fumarolas hidrotermales alcalinas como en los sitios activos de las enzimas y cofactores. Se propone una jerarquía de factores involucrados en la constitución de la ruta WL, así como en otras posibles trayectorias evolutivas, como la emergencia de la compartimentalización y la información en protocélulas y el mundo del RNA en estos ambientes submarinos. Finalmente, se destaca la dificultad de reconstruir con certeza el metabolismo de los primeros organismos y las condiciones geoquímicas de esa época, y se ofrecen recomendaciones para superar algunas de estas limitaciones en futuras investigaciones (Texto tomado de la fuente)

In order to explain the evolution of the Wood-Ljungdahl (WL) pathway during the emergence of life in the Archean eon, a model is proposed based on hydrothermal environmental precursors. To construct this model, mechanisms sensitive to the physicochemical context in abiotic systems were established from two approaches: using the bottom-up approach, the conditions that could facilitate prebiotic and protobiotic reactions were identified, and with the top-down approach, the molecular conservation of the reduction mechanism in the carboxyl branch and the core of carbon monoxide dehydrogenase CODH enzymes in acetogenic bacteria and methanogenic archaea was confirmed, supporting the ancestry of this pathway. The hypothesis of an autotrophic origin is validated by a catalytic mechanism mediated by transition metals found both in minerals derived from serpentinization in alkaline hydrothermal vents and in the active sites of enzymes and cofactors. A hierarchy of factors involved in the constitution of the WL pathway is proposed, as well as in other possible evolutionary trajectories, such as the emergence of compartmentalization and information in protocells and the RNA world in these submarine environments. Finally, the difficulty of reconstructing with certainty both the metabolism of the first organisms and the geochemical conditions of that era is highlighted, and recommendations are offered to overcome some of these limitations in future research.