Los rayos gamma pueden haber formado aminoácidos en asteroides

En 2021, la misión espacial Hayabusa 2 trajo con éxito a la Tierra un fragmento del asteroide 162173 Ryugu, cinco gramos del material más antiguo e inalterado de la formación del sistema solar hace 4.500 millones de años. La primavera pasada, se reveló que la composición química del asteroide incluía diez aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. El descubrimiento se suma a otras evidencias de que la sopa primordial de la que surgió la vida terrestre podría haberse mezclado con aminoácidos de fragmentos de asteroides.

Pero, ¿de dónde vienen estos compuestos? Los aminoácidos que circulan en los ecosistemas son producto del metabolismo celular, especialmente en las plantas. ¿Qué mecanismo no biológico podría haberlos puesto en meteoritos y asteroides?

Los científicos han pensado en varias opciones y una para estudiar Los japoneses recientes sugieren uno de los más importantes, un mecanismo que los crea con rayos gamma. Este descubrimiento da más credibilidad a la posibilidad de que los meteoritos hayan contribuido al origen de la vida en la Tierra.

En Tendencia

Conferencia Inter-CRECS (Madrid, 19/09/2023)

A pesar de su prestigio como componente esencial de la química de la vida, los aminoácidos son moléculas simples que pueden ensamblarse fácilmente a partir de compuestos de carbono, oxígeno y nitrógeno si se dispone de suficiente energía. Hace setenta años, los famosos experimentos de Stanley Miller y Harold Urey demostraron que no se necesitaba más que una descarga eléctrica sobre una mezcla gaseosa de metano, amoníaco e hidrógeno (en ese momento erróneamente considerados imitadores de la atmósfera de la Tierra primitiva) para obtener un mezcla de compuestos orgánicos que incluían aminoácidos. Experimentos posteriores sugirieron que estas moléculas también podrían formarse en sedimentos cerca de respiraderos hidrotermales en el fondo del mar, lo que ha Artículo confirmó que esto a veces sucede.

La posibilidad de que los aminoácidos originales llegaran del espacio comenzó a cobrar fuerza después de 1969, cuando dos grandes meteoritos (el meteorito Murchison en el sureste de Australia y el meteorito Allende en México) se recuperaron rápidamente después del impacto. Ambos eran condritas carbonáceas, una clase inusual de meteoritos parecidos a Ryugu que se cree que se formaron cuando cuerpos de hielo más pequeños se unieron después del origen del sistema solar. Ambos también contenían cantidades pequeñas pero relevantes de aminoácidos, aunque los expertos no pudieron descartar la contaminación o el impacto de los subproductos.

Sin embargo, los astrónomos sabían que los cuerpos de polvo y hielo en el grupo de las condritas carbonáceas probablemente contenían agua, amoníaco y pequeñas moléculas de carbono como aldehídos y metanol, por lo que contenían los constituyentes elementales de los ácidos, aminas. Solo necesitaban una fuente de energía para impulsar la reacción. Los experimentos sugirieron que la radiación ultravioleta de las supernovas podría haber sido lo suficientemente fuerte para esto. Las colisiones entre los cuerpos de polvo también podrían haberlos calentado hasta el punto de producir un efecto similar.

“Conocemos muchas formas no biológicas de crear aminoácidos”, dice Scott Sandford, astrofísico del Centro de Investigación Ames de la NASA, “y no hay razón para pensar que no ha ocurrido ninguna”.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama dirigido por los químicos Yoko Kebukawa y Kensei Kobayashi ha demostrado que los rayos gamma también pueden haber generado los compuestos en las condritas. En el nuevo estudio, encontraron que los rayos gamma de los elementos radiactivos que se encuentran en las condritas, probablemente el aluminio-26, podrían convertir los compuestos de carbono, nitrógeno y oxígeno en aminoácidos.

De hecho, los rayos gamma pueden destruir moléculas orgánicas con la misma facilidad con que las generan. Sin embargo, en los experimentos del grupo japonés, “los radioisótopos aumentaron la producción de aminoácidos más que la descomposición”, explicó Kebukawa, por lo que los rayos gamma produjeron más de lo que destruyeron. A partir del nivel de producción observado en los experimentos, los investigadores estimaron de manera muy aproximada que los rayos gamma podrían haber elevado la concentración de aminoácidos en una condrita carbonácea a valores similares a los del meteorito Murchison en tan solo 1 000 años o podría tomar 100.000.

A diferencia de la luz ultravioleta, los rayos gamma pueden penetrar profundamente en el interior de un asteroide o meteorito, por lo que este mecanismo podría ser de mayor importancia en el contexto del origen de la vida. “Esto proporciona un nuevo entorno en el que se pueden crear aminoácidos”, dijo Sandford. Si los meteoritos son lo suficientemente grandes, “la parte central puede sobrevivir a la entrada en la atmósfera, incluso si la parte exterior se desintegra”, explicó. “No solo [aminoácidos]pero las haces de camino a un planeta.

Un requisito del nuevo mecanismo es que deben estar presentes pequeñas cantidades de agua líquida para que se produzcan las reacciones. Esto puede parecer una limitación significativa, como dijo Kebukawa: “Siento que la gente piensa que casi no hay agua en el entorno espacial”. Pero los meteoritos carbonáceos similares a las condritas están llenos de minerales como silicatos y carbonatos hidratados, que solo se forman en presencia de agua, argumentó, y se han encontrado cantidades diminutas de agua atrapada en granos de minerales de condrita.

Estas pruebas mineralógicas confirman que los asteroides jóvenes contenían grandes volúmenes de agua líquida, especifica Vassilissa Vinogradoff, astroquímica de la Universidad de Aix-Marseille. “La fase de meteorización acuosa de estos cuerpos, que es donde los aminoácidos en cuestión tendrían la oportunidad de formarse, fue un período de alrededor de un millón de años”, explicó, tiempo más que suficiente para generar las cantidades observadas en los meteoritos.

Sandford señala que en sus experimentos y en los de otros investigadores, la irradiación de preparaciones con hielo que se asemejan a las primeras nubes moleculares interestelares puede hacer que aparezcan miles de compuestos relacionados con la vida, como azúcares y bases nitrogenadas, “y los aminoácidos casi siempre están en la mezcla”. , por lo que parece que el universo está programado para producir aminoácidos”.

Vinogradoff estuvo de acuerdo y agregó que ahora se sabe que existe una amplia variedad de compuestos orgánicos en los meteoritos. “La pregunta se convirtió en: ¿por qué son estas moléculas las que han demostrado ser importantes para la vida en la Tierra? Por ejemplo, ¿por qué la vida en la Tierra solo usa 20 aminoácidos obtenibles, y por qué usa casi exclusivamente las estructuras “zurdas” de estas moléculas cuando las estructuras reflejas “derechas” se crean naturalmente abundantes? Estos son quizás los misterios que dominan los futuros estudios químicos sobre los orígenes de la vida.

John Rennie y Allison Parshall/Revista Cuanta

Artículo traducido por Research and Science con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para avanzar en la comprensión de la ciencia.