Hay dos moléculas sin las cuales la vida compleja en la Tierra sería imposible.
Una está en las hojas de las plantas y captura la energía del Sol. La otra circula por nuestra sangre transportando el oxígeno que nos mantiene vivos, son la clorofila y la hemoglobina.
A primera vista parecen pertenecer a mundos completamente distintos: las plantas y los animales. Sin embargo, cuando los bioquímicos estudiaron su estructura molecular descubrieron algo sorprendente, ambas comparten prácticamente la misma arquitectura química básica.
Las dos se construyen alrededor de un gran anillo formado por cuatro subunidades más pequeñas. Este tipo de estructura pertenece a una familia de moléculas conocidas como porfirinas, compuestos orgánicos extraordinariamente versátiles que aparecen en muchos procesos esenciales para la vida. La diferencia más llamativa está en el átomo situado en el centro de ese anillo. En la hemoglobina el centro lo ocupa un átomo de hierro. En la clorofila, de magnesio.
Ese pequeño cambio altera profundamente su función biológica. En la hemoglobina, el hierro permite unir y liberar oxígeno de forma reversible. Gracias a ello, los glóbulos rojos pueden transportar el oxígeno desde los pulmones hasta todos los tejidos del organismo. Sin ese mecanismo, la respiración celular y con ella la producción de energía en nuestras células, sería imposible.
La clorofila, en cambio, utiliza su estructura para interactuar con la luz. Cuando los fotones del Sol impactan en la molécula, excitan sus electrones e inician una cadena de reacciones que conocemos como fotosíntesis. Ese proceso permite transformar la energía solar en energía química almacenada en moléculas orgánicas y, como subproducto, liberar oxígeno a la atmósfera. El resultado es una relación profunda entre ambas moléculas. La clorofila genera el oxígeno que la hemoglobina transporta.
En cierto modo, la respiración de los animales depende de un pigmento verde que vive en las hojas. La similitud entre estas moléculas llevó durante años a preguntarse si existía una relación evolutiva profunda entre ellas. Hoy sabemos que sí, pero en un sentido más amplio. Las porfirinas, la familia química a la que pertenecen, aparecen en numerosos procesos biológicos fundamentales. No solo en la clorofila o en la hemoglobina. También están presentes en los citocromos, proteínas esenciales en la respiración celular, y en la vitamina B12, una molécula clave para el metabolismo humano.
Todo esto sugiere que la química tetrapirrólica apareció muy temprano en la evolución de la vida. Una vez descubierta, la naturaleza reutilizó esa arquitectura molecular para resolver distintos problemas biológicos. La evolución rara vez inventa soluciones completamente nuevas. Con mucha más frecuencia reaprovecha estructuras que ya funcionan bien y las adapta a funciones diferentes.
La historia se vuelve todavía más interesante cuando miramos más allá de la Tierra. Moléculas relacionadas con las porfirinas se han encontrado en meteoritos ricos en compuestos orgánicos. Uno de los ejemplos más estudiados es el meteorito Murchison, que cayó en Australia en 1969 y que ha proporcionado una extraordinaria colección de moléculas orgánicas complejas, incluidos numerosos aminoácidos. En análisis posteriores se identificaron compuestos con estructuras muy similares a las porfirinas. Esto no significa que la clorofila o la hemoglobina vinieran del espacio. Pero sí sugiere algo importante: la química capaz de construir estas moléculas puede generarse de forma natural sin necesidad de organismos vivos.
En la Tierra primitiva o incluso en el material que formó el planeta, algunas de las piezas químicas fundamentales de la vida podrían haber estado ya presentes. La biología, en cierto modo, habría heredado parte de su química de procesos prebióticos que ocurrían antes de que existieran las primeras células. Tampoco parece casual que el centro de estas moléculas esté ocupado precisamente por hierro y magnesio. Ambos elementos son relativamente abundantes en la corteza terrestre y poseen propiedades químicas muy útiles para los procesos biológicos.
El hierro puede cambiar fácilmente entre diferentes estados de oxidación. Esa capacidad lo convierte en un metal excelente para reacciones de transferencia electrónica, como las que permiten que la hemoglobina capte y libere oxígeno. El magnesio, por su parte, es muy eficaz estabilizando sistemas electrónicos complejos. Esa propiedad resulta especialmente adecuada para las moléculas que interactúan con la luz, como la clorofila.
En términos sencillos:
- el hierro es muy eficaz moviendo electrones y participando en reacciones redox
- el magnesio es muy bueno organizando sistemas capaces de capturar energía luminosa
Hay incluso una curiosa simetría visual entre ambas moléculas. La clorofila absorbe principalmente luz roja y azul del espectro solar y refleja el verde, que es el color que percibimos en las hojas. La hemoglobina, en cambio, absorbe sobre todo en la zona azul-verdosa del espectro, lo que hace que la sangre aparezca roja a nuestros ojos.
No es una correspondencia perfecta, pero resulta sugerente: dos pigmentos con funciones opuestas ocupando regiones complementarias del espectro visible. Todo esto encaja con una idea fundamental de la biología moderna, que toda la vida conocida en la Tierra comparte un origen remoto común. Los científicos se refieren a ese ancestro hipotético como el último ancestro común universal. Si ese origen común existió y la evidencia genética apunta claramente en esa dirección, muchas de las herramientas químicas básicas de la vida ya estaban presentes en aquellos primeros sistemas biológicos. Entre ellas, probablemente, las moléculas de la familia de las porfirinas. Si es así, la clorofila de una hoja y la hemoglobina que circula por nuestras venas serían descendientes lejanos de la misma solución química descubierta por la naturaleza hace miles de millones de años.
La biosfera terrestre funciona gracias a un delicado equilibrio. Las plantas, las algas y muchas bacterias capturan energía del Sol y producen materia orgánica y oxígeno. Los animales utilizamos ese oxígeno para liberar la energía contenida en los alimentos. En el corazón de ese intercambio hay dos pigmentos. Uno verde y otro rojo. Dos moléculas diferentes que comparten una misma arquitectura química y que, juntas, sostienen el ciclo fundamental que mantiene viva la Tierra.
