Remanente de supernova N 63A. Crédito de imagen: Hubble Haga Click para agrandar
La vida en la Tierra fue posible gracias a la muerte de las estrellas. Los átomos como el carbono y el oxígeno fueron expulsados en los últimos jadeos moribundos de las estrellas después de que se agotaron sus suministros finales de combustible de hidrógeno.
La forma en que estas cosas estelares se unieron para formar vida sigue siendo un misterio, pero los científicos saben que ciertas combinaciones atómicas eran necesarias. El agua, dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno, era vital para el desarrollo de la vida en la Tierra, por lo que las misiones de la NASA ahora buscan agua en otros mundos con la esperanza de encontrar vida en otro lugar. Las moléculas orgánicas construidas principalmente de átomos de carbono también se consideran importantes, ya que toda la vida en la Tierra está basada en el carbono.
Las teorías más populares sobre el origen de la vida dicen que la química necesaria ocurrió en los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano o en alguna piscina poco profunda iluminada por el sol. Sin embargo, los descubrimientos en los últimos años han demostrado que muchos de los materiales básicos para la vida se forman en las frías profundidades del espacio, donde la vida tal como la conocemos no es posible.
Después de que las estrellas moribundas expulsan carbono, algunos de los átomos de carbono se combinan con hidrógeno para formar hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Los HAP, una especie de hollín de carbono similar a las porciones quemadas de las tostadas quemadas, son los compuestos orgánicos más abundantes en el espacio y un ingrediente principal de los meteoritos de condrita carbonosa. Aunque los HAP no se encuentran en las células vivas, se pueden convertir en quinonas, moléculas que participan en los procesos de energía celular. Por ejemplo, las quinonas juegan un papel esencial en la fotosíntesis, ayudando a las plantas a convertir la luz en energía química.
La transformación de los HAP se produce en nubes interestelares de hielo y polvo. Después de flotar por el espacio, el hollín de PAH finalmente se condensa en estas "densas nubes moleculares". El material en estas nubes bloquea algunas, pero no todas, las duras radiaciones del espacio. La radiación que se filtra modifica los HAP y otros materiales en las nubes.
Las observaciones de las nubes por infrarrojos y radiotelescopios han detectado los HAP, así como ácidos grasos, azúcares simples, cantidades débiles del aminoácido glicina y más de otras 100 moléculas, que incluyen agua, monóxido de carbono, amoníaco, formaldehído y cianuro de hidrógeno.
Las nubes nunca se han muestreado directamente, están demasiado lejos, por lo que para confirmar lo que ocurre químicamente en las nubes, un equipo de investigación dirigido por Max Bernstein y Scott Sandford en el Laboratorio de Astroquímica en el Centro de Investigación Ames de la NASA realizó experimentos para imitar Las condiciones de la nube.
En un experimento, una mezcla de HAP / agua se deposita en vapor sobre sal y luego se bombardea con radiación ultravioleta (UV). Esto permite a los investigadores observar cómo el esqueleto básico de HAP se convierte en quinonas. La irradiación de una mezcla congelada de agua, amoníaco, cianuro de hidrógeno y metanol (un precursor químico del formaldehído) genera los aminoácidos glicina, alanina y serina, los tres aminoácidos más abundantes en los sistemas vivos.
Los científicos han creado estructuras orgánicas primitivas parecidas a células, o vesículas.
Debido a que la radiación UV no es el único tipo de radiación en el espacio, los investigadores también han utilizado un generador Van de Graaff para bombardear los HAP con protones de megavoltio voltio (MeV), que tienen energías similares a los rayos cósmicos. Los resultados de MeV para los HAP fueron similares, aunque no idénticos al bombardeo UV. Aún no se ha realizado un estudio de MeV para los aminoácidos.
Estos experimentos sugieren que los rayos UV y otras formas de radiación proporcionan la energía necesaria para romper los enlaces químicos en las bajas temperaturas y presiones de las densas nubes. Debido a que los átomos aún están atrapados en el hielo, las moléculas no se separan, sino que se recombinan en estructuras más complejas.
En otro experimento dirigido por Jason Dworkin, una mezcla congelada de agua, metanol, amoníaco y monóxido de carbono fue sometida a radiación UV. Esta combinación produjo material orgánico que formó burbujas cuando se sumergió en agua. Estas burbujas recuerdan las membranas celulares que encierran y concentran la química de la vida, separándola del mundo exterior.
Las burbujas producidas en este experimento tenían entre 10 y 40 micrómetros, o aproximadamente el tamaño de los glóbulos rojos. Sorprendentemente, las burbujas fluorescentes o brillantes, cuando se exponen a la luz UV. Absorber los rayos UV y convertirlos en luz visible de esta manera podría proporcionar energía a una célula primitiva. Si tales burbujas jugaron un papel en el origen de la vida, la fluorescencia podría haber sido un precursor de la fotosíntesis.
La fluorescencia también podría actuar como protector solar, difuminando cualquier daño que de lo contrario se infligiría con la radiación UV. Tal función protectora habría sido vital para la vida en la Tierra primitiva, ya que la capa de ozono, que bloquea los rayos UV más destructivos del sol, no se formó hasta después de que la vida fotosintética comenzó a producir oxígeno.
De las nubes espaciales a las semillas de la vida.
Las densas nubes moleculares en el espacio eventualmente colapsan gravitacionalmente para formar nuevas estrellas. Algunos de los restos de polvo luego se agrupan para formar asteroides y cometas, y algunos de estos asteroides se agrupan para formar núcleos planetarios. En nuestro planeta, la vida surgió de cualquier material básico disponible.
Las moléculas grandes necesarias para construir células vivas son:
* Proteínas
* Carbohidratos (azúcares)
* Lípidos (grasas)
* Ácidos nucleicos
Se ha descubierto que los meteoritos contienen aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas), azúcares, ácidos grasos (los componentes básicos de los lípidos) y bases de ácidos nucleicos. El meteorito de Murchison, por ejemplo, contiene cadenas de ácidos grasos, varios tipos de azúcares, las cinco bases de ácido nucleico y más de 70 aminoácidos diferentes (la vida usa 20 aminoácidos, de los cuales solo seis están en el meteorito de Murchison).
Debido a que tales meteoritos carbonáceos son generalmente de composición uniforme, se cree que son representativos de la nube de polvo inicial de la que nacieron el sol y el sistema solar. Por lo tanto, parece que al principio casi todo lo necesario para la vida estaba disponible, y los meteoritos y los cometas realizan entregas frescas de estos materiales a los planetas con el tiempo.
Si esto es cierto, y si las nubes de polvo molecular son químicamente similares en toda la galaxia, entonces los ingredientes para la vida deberían estar muy extendidos.
La desventaja de la producción abiótica de los ingredientes para la vida es que ninguno de ellos puede usarse como "biomarcadores", indicadores de que la vida existe en un entorno particular.
Max Bernstein señala el meteorito Alan001 84001 como un ejemplo de biomarcadores que no proporcionaron prueba de vida. En 1996, Dave McKay, del Centro Espacial Johnson de la NASA, y sus colegas anunciaron que había cuatro posibles biomarcadores dentro de este meteorito marciano. ALH84001 tenía glóbulos de carbono que contenían HAP, una distribución mineral que sugiere química biológica, cristales de magnetita que se asemejan a los producidos por bacterias y formas similares a bacterias. Si bien no se creía que cada uno de ellos fuera una prueba de vida, los cuatro en conjunto parecían convincentes.
Después del anuncio de McKay, los estudios posteriores encontraron que cada uno de estos llamados biomarcadores también podría producirse por medios no vivos. Por lo tanto, la mayoría de los científicos ahora se inclinan a creer que el meteorito no contiene vida extraterrestre fosilizada.
"Tan pronto como obtuvieron el resultado, la gente los atacó porque así es como funciona", dice Bernstein. "Nuestras posibilidades de no cometer un error cuando descubramos un biomarcador en Marte o en Europa serán mucho mejores si ya hemos hecho el equivalente de lo que hicieron esos tipos después de que McKay, et al., Publicaran su artículo".
Bernstein dice que al simular condiciones en otros planetas, los científicos pueden descubrir qué debería estar sucediendo allí química y geológicamente. Luego, cuando visitamos un planeta, podemos ver cuán estrechamente coincide la realidad con las predicciones. Si hay algo en el planeta que no esperábamos encontrar, eso podría ser una indicación de que los procesos vitales han alterado la imagen.
"Lo que tienes en Marte o en Europa es material que ha sido entregado", dice Bernstein. “Además, tienes lo que se ha formado posteriormente a partir de las condiciones presentes. Entonces (para buscar vida), debes mirar las moléculas que están allí y tener en cuenta la química que puede haber sucedido con el tiempo ”.
Bernstein cree que la quiralidad, o la "mano" de una molécula, podría ser un biomarcador en otros mundos. Las moléculas biológicas a menudo vienen en dos formas que, si bien son químicamente idénticas, tienen formas opuestas: una "zurda" y su imagen especular, una "diestra". La mano de una molécula se debe a cómo se unen los átomos. Si bien la mano se dispersa uniformemente por la naturaleza, en la mayoría de los casos los sistemas vivos en la Tierra tienen aminoácidos zurdos y azúcares diestros. Si las moléculas en otros planetas muestran una preferencia diferente en la mano, dice Bernstein, eso podría ser una indicación de vida extraterrestre.
"Si fue a Marte o Europa y vio un sesgo igual al nuestro, con azúcares o aminoácidos con nuestra quiralidad, entonces la gente simplemente sospecharía que era contaminación", dice Bernstein. "Pero si viste un aminoácido con un sesgo hacia la derecha, o si viste un azúcar que tenía un sesgo hacia la izquierda, en otras palabras, no nuestra forma, sería realmente convincente".
Sin embargo, Bernstein señala que las formas quirales que se encuentran en los meteoritos reflejan lo que se ve en la Tierra: los meteoritos contienen aminoácidos zurdos y azúcares diestros. Si los meteoritos representan la plantilla para la vida en la Tierra, entonces la vida en otras partes del sistema solar también puede reflejar ese mismo sesgo en la mano. Por lo tanto, se puede necesitar algo más que quiralidad como prueba de vida. Bernstein dice que encontrar cadenas de moléculas, "como un par de aminoácidos unidos", también podría ser evidencia de vida, "porque en los meteoritos tendemos a ver moléculas individuales".
Fuente original: NASA Astrobiology
