Buscando biomoléculas en el espacio

Durante miles de años hemos observado el cielo y nos hemos preguntado si existe vida más allá de la Tierra.

Más recientemente, en 1961, Juan Oró, químico de la Universidad de Houston, sugirió que las moléculas de significación biológica habrían llegado a la Tierra a bordo de fragmentos de cometas, meteoritos y polvo interplanetario.

De hecho conocemos meteoritos ricos en carbono: el 28 de septiembre de 1969 “aterrizó”un meteorito en Murchison, Australia, que transportaba casi 80 clases de aminoácidos. Entre ellos había varios aminoácidos que hallamos presentes en las proteínas.

También se descubrieron en el meteorito de Murchison purinas, pirimidinas, ácidos carboxílicos, compuestos derivados de la ribosa y de la desoxirribosa, los azúcares presentes en el ARN y ADN. De hecho en el ARN se encuentra la R de la ribosa y en el ADN la D de la desoxirribosa.

Estos restos del antiguo sistema solar insinúan la clase de química orgánica que ocurrió hace 4.600 millones de años. En la Tierra la vida se originó dentro de los primeros 1000 millones de años.

Lo más intrigante es qué procesos químicos causaron que los compuestos abióticos se organizaran en las entidades que nosotros llamamos vida.

Los meteoritos y los experimentos que simulan las condiciones de la Tierra primitiva sugieren que la respuesta se halla en la combinación de factores terrestres y extraterrestres.

El reciente descubrimiento en la química galáctica del aminoácido glicina, un componente importante de las proteínas, muestra claramente su importancia bioquímica.

El sistema solar se formó cuando el polvo y el gas del espacio interestelar se fundieron para condensarse creando un núcleo central, el Sol y un disco a su alrededor, también llamado nebulosa solar. De ahí surgió el sistema planetario.

Los planetesimales rocosos de la parte interior de este disco evolucionaron para convertirse en los planetas terrestres, mientras en la parte exterior del disco surgieron los planetas gigantes gaseosos, rodeados de muchas lunas.

Los fragmentos rocosos y de hielo, que no se incorporaron a los planetas, permanecieron en órbitas estables: el anillo de asteroides entre Marte y Júpiter. Otros fragmentos quedaron en la parte exterior del disco, y reaparecen en la parte interior del disco como cometas.

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Al comienzo muchos cometas y esteroides colisionaron con los planetas jóvenes, en donde depositaron grandes cantidades de carbón extraterrestre, incluidas las biomoléculas.

Las moléculas que son almacén de información y catalizadores se formaron probablemente a partir del material terrestre y extraterrestre, precursoras de la célula primitiva.

El enlace de la astrobiología y la química galáctica se basa en la intuición de que el material orgánico complejo de origen extraterrestre pudo ayudar a iniciar la química prebiótica en los planetas rocosos terrestres.

Si entendemos la composición orgánica y la química de nuestra galaxia, será más fácil responder a cuestiones fundamentales sobre la naturaleza de las moléculas en el espacio interestelar, la distribución de las biomoléculas más importantes en el universo y las implicaciones, si las hay, de tales moléculas en el origen de la vida en la Tierra y en cualquier otro objeto celeste.

Un ambiente planetario apropiado

Los componentes químicos básicos son solamente una parte del tema. Para que aparezca la vida se requieren varias condiciones astronómicas y planetarias: estrellas de masa baja-mediana, como el Sol, estables en un período de 10.000 millones de años, en vez de una estrella de gran masa, que evoluciona rápidamente. Es un factor importante para el desarrollo de la vida en algunos sistemas planetarios.

También hay factores planetarios como prerrequisitos para la vida en la Tierra: que la distancia planeta-estrella sea apropiada, exista una corteza dinámica y océanos. Desgraciadamente conocemos mal las condiciones ambientales de la Tierra primitiva: la composición atmosférica y la temperatura en la superficie, datos cruciales para la aparición de los sistemas vivos.

Los cometas impactaron en la Tierra. Juan Oró y Carl Sagan no son los únicos en afirmar que gran parte del material orgánico y agua a disposición de la química prebiótica proceden de los cometas. Ellos estiman que el flujo de la materia orgánica que llegó a la Tierra es suficiente para la aparición de la vida, durante el período de intenso bombardeo antes de los 3.800 millones de años.

Recordemos que el núcleo sólido terrestre está desplazado respecto del centro de gravedad. Esa asimetría sólo puede causarla, según los geólogos expertos, la colisión con un meteorito gigante. ¿El causante habrá sido el que ocasionó el gran cráter de Arizona?.

Conocer la composición de cometas, asteroides y sus fragmentos nos conduce a la”Piedra de Rosetta” química, para determinar el inventario molecular del material que pudo ser transportado a los planetas jóvenes de procedencia extraterrestre.

La fracción soluble de los meteoritos que poseemos muestran más de 70 aminoácidos y otros compuestos orgánicos. Pero la vida terrestre se basa solo en 22 aminoácidos

Hay cometas brillantes, como Hale-Bopp y Hyakutake, que permiten analizar su atmósfera y cola. Su composición es similar a la que encontramos en las densas nubes moleculares del espacio interestelar.

Estas moléculas interestelares pudieron ser un factor importante a la hora de sembrar moléculas orgánicas en el primitivo sistema solar, precursoras de las grandes biomoléculas generadas por la química prebiótica en la Tierra.

Es pues importante conocer la extensión y limitaciones de la química galáctica.

Conocer la composición de cometas, asteroides y sus fragmentos nos conduce a la”Piedra de Rosetta” química, para determinar el inventario molecular del material que pudo ser transportado a los planetas jóvenes de procedencia extraterrestre

El medio interestelar

Este medio es importante para crear y distribuir elementos pesados y la producción de moléculas en la galaxia. Uno de los requisitos para la vida es la presencia de elementos biogénicos tales como el hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno.

Pero en la química caliente del universo muy primitivo solo se producían elementos muy ligeros, como el hidrógeno, helio y litio. En la bioquímica terrestre todos los otros elementos se formaron por nucleosíntesis, durante la evolución estelar. Por ejemplo, el carbono, base de la química orgánica, se produce en el núcleo de estrellas, con una masa, al menos, la mitad de la del Sol.

Al final de sus vidas las estrellas dispersan los elementos pesados en el medio interestelar.

En las estrellas rojas, viejas, se forman granos de polvo a base de silicatos y carbono, que luego pasan al medio interestelar. El acetileno se forma en abundancia en tales regiones y hace posible moléculas estables con anillo de carbono, llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Estas moléculas son muy abundantes en el medio interestelar.

También hay indicios claros de macromoléculas de carbono complejas y pequeñas cantidades de fullerenos

En las regiones llamadas Medio interestelar difuso, como la densidad de gas y polvo es baja, su química está dominada por intensos flujos de fotones ultravioleta, procedentes de estrellas masivas. Aquí la materia está formada principalmente por átomos e iones. Como la temperatura del gas es de unos 100ºK, sólo se pueden formar moléculas diatómicas sencillas.

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En las nubes difusas se observan algunas moléculas con cadena lineal de carbono, que probablemente son productos de fotodestrucción de grandes moléculas procedentes de estrellas viejas.

Las nubes densas, frias, interestelares suministran el material básico para la formación de estrellas, como el Sol, sus planetas, asteroides y cometas.

Los granos de polvo blindan las regiones interiores de la nube respecto de los fotones ultravioleta externos, que pueden disociar al hidrógeno y otras moléculas.

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Los átomos de hidrógeno se hallan en forma molecular. Los rayos cósmicos galácticos, procedentes de alguna supernova, desempeñan un papel químico importante en todas las fases del medo interestelar, porque calientan e ionizan el gas molecular.

A principios del siglo XX muchos astrónomos consideraban que no se podían formar moléculas en el medio interestelar debido al ambiente hostil. Pero ya a finales de la década de los 1930 y al comienzo de los 1940 se descubrieron moléculas biatómicas, como CN y CH, que cambiaron la opinión.

El escéptico A.Eddington dijo una vez: ”Escribo sobre moléculas con desconfianza, pues todavía no me he librado de la tradición de que los átomos son física y las moléculas química, no obstante parece que los elementos mencionados arriba forman moléculas y que la mayor parte de la nube se encuentra en forma molecular”.

Estas moléculas simples se detectaron con la espectroscopia óptica de absorción, en la cual la luz de un objeto detrás de la nube es absorbida.

En la década de los 70 llegaron los telescopios de onda milimétrica, aptos para observar emisiones de energía molecular rotacional, los cuales descubrieron muchas moléculas en el espacio.

Moléculas simétricas, como el acetileno, que no tienen un momento bipolar permanente, son detectadas con espectroscopia vibracional. La espectroscopia de emisión y absorción en el infrarrojo se ha usado para estudiar las moléculas interestelares tanto en fase gaseosa, como sólida, el polvo.

Llevamos bastantes años buscando nuevas moléculas interestelares:

El observatorio de Tucson, Arizona, ha medido el espectro rotacional de moléculas sencillas, que contienen metales, como Na, Al y Fe.

Arizona Radio Observatory también ha observado esas moléculas.

En Polonia la Academia Polaca de Ciencias ha medido los espectros de muchas moléculas orgánicas grandes, que incluyen varios compuestos de anillo, posiblemente importantes para la química prebiótica, como la pirimidina, uno de los componentes del ADN.

Hay moléculas íntimamente unidas a la química de la vida en la Tierra, como son los aminoácidos, componentes de las proteínas.

Arizona Radio Observatory ha detectado al más sencillo de los aminoácidos, Glicina(NH2CH2COOH) en 3 regiones en donde se están formando estrellas.

La glicina es difícil de detectar porque sus transiciones son débiles y exige un tiempo largo de integración de la señal. El descubrimiento de la glicina en el medio interestelar es muy importante, porque conecta la química estelar con la composición orgánica de los meteoritos.

No obstante hay que recordar que el ambiente espacial en donde se ha hallado la glicina no es óptimo para el desarrollo de planetas y la vida.

Se espera mucho de Green Bank Telescope y sobre todo del ALMA (Atacama Large Millimetre Array) en Chile para la detección de moléculas.

El polvo interestelar ha sido estudiado por ISO (Infrared Space Observatory). Las partículas están cubiertas con una capa de hielo, formada en gran parte por agua, CO2, CO, metanol y algo de ácido fórmico.

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Los hidrocarburos aromáticos policíclicos, con nitrógeno

En un Comunicado del 1 de enero 2006 los científicos del Ames Research Center, de la NASA, indican que han encontrado que las moléculas aromáticas que contienen nitrógeno, tan importantes para el tema del origen de la vida, están extendidas por el espacio.

Que los hidrocarburos aromáticos abundan por el espacio no es noticia, al menos para los astrofísicos, pero los científicos de Ames afirman ahora que contienen nitrógeno y los denominan en inglés: PANHS, para distinguirlos de los hidrocarburos aromáticos policíclicos, PAH.

El Dr.Doug Hudgins ha dirigido el estudio y nos recuerda que los PANHS se hallan en las moléculas del ARN y ADN que transportan información, e incluso en muchas moléculas producidas por los seres vivos, por ej.: la cafeína.

Es la primera evidencia directa de la presencia en el espacio de compuestos biogénicos prebióticos importantes. Ahora sospechamos que la vida apareció en la Tierra ayudada por el”polvo de estrellas” que cayó sobre el planeta. Los PANHS fueron inyectados al espacio interestelar y resistieron la radiación cósmica. Los PANHS se incorporaron a las nubes de material donde se formaron estrellas y planetas.

Hasta hace poco se presuponía que el espacio interestelar estaba limpio de complejas moléculas orgánicas, pues no podrían resistir la radiación interestelar, las distancias demasiado grandes y ese espacio no podría soportar una química compleja. Se presuponía que no podrían sobrevivir moléculas de alto peso molecular y ser transportadas a las superficies planetarias.

El Dr.Doug Hudgins ha dirigido el estudio y nos recuerda que los PANHS se hallan en las moléculas del ARN y ADN que transportan información, e incluso en muchas moléculas producidas por los seres vivos, por ej.: la cafeína
La NASA considera que descubrir y caracterizar esas biofirmas en las condiciones del espacio es una tarea difícil.

Mientras en la Tierra estos compuestos son sólidos, en el espacio se encuentran en el gas, en el vacío, cargados eléctricamente y muy fríos, casi cerca del cero absoluto, a -263ºC .

La biofirma del hidrocarburo aromático terrestre en el infrarrojo es bastante diferente del observado en el espacio. Por tanto se impone la cautela. No hay que echar las campanas a vuelo todavía, y decir que hemos encontrado el punto de la historia del Universo en que la química se convirtió en biología.

Pero mantenemos el hecho de que los meteoritos y partículas de polvo interplanetario que caen a la Tierra se estiman en centenares de toneladas, y una parte de ese material es orgánico. En la Tierra primitiva los científicos de Ames calculan que esos materiales caían en mayor cantidad, e incluían los PANHS interestelares.

Según el Dr.Lou Allamandola, que forma parte del equipo de Centro Ames, hace 20 años se consideraba imposible la noción de hidrocarburos aromáticos policíclicos abundantes, en fase gaseosa, en el espacio. Ahora los admitimos y al parecer también los hay que contienen nitrógeno.

Estos resultados se publicaron recientemente en Astrophysical Journal. Los autores y miembros del equipo incluyen los Drs. Hudgins, Bauschlicher, Mattioda, Peeters y Allamandola, del Centro Ames.

El reciente desarrollo de la astrobiología ha creado un espacio interdisciplinar que reúne a astrónomos y químicos, creando nuevas posibilidades que no existían hace solo 10 años

Fuente:

http://www.quimicauniversal.com/Hemeroteca/ArticuloCompleto.asp?ID=14792

Author: José Luis Aguilar

José Luis Aguilar es uno de nuestros más importantes colaboradores de noticias científicas y paranormales.

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