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Los rayos gamma podrían haber formado los aminoácidos en los asteroides

En 2021, la misión espacial Hayabusa 2 consiguió traer a la Tierra un pedazo del asteroide 162173 Ryugu, cinco gramos de la materia más antigua e inalterada procedente de la formación del sistema solar hace 4.500 millones de años. La primavera pasada, se reveló que la composición química del asteroide incluye diez aminoácidos, las piezas que conforman las proteínas. El descubrimiento se une a otras pruebas de que el caldo primigenio del cual salió la vida terrestre podría haber sido aliñado con aminoácidos de trozos de asteroides.

Pero ¿de dónde vinieron esos compuestos? Los aminoácidos que circulan por los ecosistemas son producto del metabolismo celular, sobre todo de las plantas. ¿Qué mecanismo no biológico los podría haber puesto en meteoritos y asteroides?

Los científicos han pensado en varias opciones y un estudio japonés reciente sugiere una de significativa, un mecanismo que los crea con rayos gamma. Este descubrimiento da más credibilidad a la posibilidad de que los meteoritos contribuyeran al origen de la vida en la Tierra.

A pesar de su prestigio como componente esencial de la química de la vida, los aminoácidos son moléculas simples que se pueden ensamblar sin dificultad 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 hacía falta más que una descarga eléctrica sobre una mezcla gaseosa de metano, amoniaco e hidrógeno (que en ese entonces se pensaba, por error, que imitaba la atmósfera terrestre primitiva) para obtener una mezcla de compuestos orgánicos que incluía aminoácidos. Experimentos posteriores apuntaban a que estas moléculas también se podrían formar en sedimentos cercanos a chimeneas hidrotermales en el fondo del mar, lo cual un artículo confirmó que sucede a veces.

La posibilidad de que los aminoácidos originales hubieran llegado del espacio empezó a tomar fuerza después de 1969, cuando dos meteoritos grandes (el meteorito Murchison en el sureste de Australia y el meteorito Allende en México) se recuperaron con rapidez después del impacto. Ambos eran condritas carbonáceas, una clase inusual de meteorito parecida a Ryugu que se cree que se formaron al juntarse cuerpos de hielo menores después del origen del sistema solar. Los dos también contenían pequeñas pero relevantes cantidades de aminoácidos, aunque los expertos no podían descartar que fueran un caso de contaminación o productos secundarios del impacto.

Sin embargo, los astrónomos sabían que era probable que los cuerpos de polvo y hielo del grupo de las condritas carbonáceas contuvieran agua, amoniaco y pequeñas moléculas de carbono como aldehídos y metanol, por lo que contarían con los constituyentes elementales de los aminoácidos. Solo necesitaban una fuente de energía para propiciar la reacción. Los experimentos sugirieron que la radiación ultravioleta de las supernovas podría haber tenido la suficiente intensidad para ello. Las colisiones entre los cuerpos de polvo también podrían haberlos calentado hasta el punto de producir un efecto similar.

«Conocemos muchas maneras no biológicas de crear aminoácidos», explica Scott Sandford, astrofísico del Centro de Investigación Ames de la NASA, «y no hay razón para pensar que no ocurrió 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 podrían haber generado los compuestos en condritas. En el nuevo estudio han comprobado que los rayos gamma de los elementos radiactivos que se encuentran en las condritas, probablemente aluminio-26, podrían convertir los compuestos de carbono, nitrógeno y oxígeno en aminoácidos.

En efecto, los rayos gamma pueden destruir las moléculas orgánicas con la misma facilidad con la que las generan. No obstante, en los experimentos del grupo japonés «los radioisótopos potenciaban la producción de aminoácidos más que la descomposición», explicó Kebukawa, y por eso los rayos gamma produjeron más cantidad que la que destruyeron. A partir del nivel de producción observado en los experimentos, los investigadores calcularon muy aproximadamente que los rayos gamma podrían haber elevado la concentración de aminoácidos en una condrita carbonácea hasta valores similares a los del meteorito Murchison en tan solo 1000 años o podrían haber tardado 100.000.

A diferencia de la luz ultravioleta, los rayos gamma pueden penetrar muy adentro de un asteroide o meteorito, por lo que este mecanismo podría tener una importancia superior en el contexto del origen de la vida. «Esto proporciona un ambiente nuevo donde se pueden crear aminoácidos», anunció Sandford. Si los meteoritos son suficientemente grandes, «la parte central puede sobrevivir la entrada a la atmósfera, incluso si el exterior se desintegra», explicó. «No solo estás haciendo [aminoácidos], sino que los haces de camino a un planeta.»

Un requisito del nuevo mecanismo es que debe haber pequeñas cantidades de agua líquida para que se produzcan las reacciones. Puede parecer una limitación significativa, pues Kebukawa declaró: «Intuyo que la gente piensa que casi no existe agua en el entorno espacial». Pero los meteoritos del tipo condrita carbonácea están llenos de minerales como los silicatos y los carbonatos hidratados, que solo se forman en presencia de agua, argumentó, y se han encontrado diminutas cantidades de agua atrapadas en granos de minerales de condritas.

Estas pruebas mineralógicas confirman que los asteroides jóvenes contenían importantes volúmenes de agua líquida, afirma Vassilissa Vinogradoff, astroquímica de la Universidad de Aix-Marsella. «La fase de alteración acuosa de estos cuerpos, que es cuando los aminoácidos en cuestión tendrían la ocasión de formarse, fue un período aproximado de un millón de años», explicó, un tiempo más que suficiente para generar las cantidades observadas en meteoritos.

Sandford destaca que, en experimentos suyos y de otros investigadores, la irradiación de preparados con hielo parecidos a las nubes moleculares interestelares primigenias puede provocar la aparición de miles de compuestos relevantes para la vida, como azúcares y bases nitrogenadas, «y los aminoácidos están casi siempre en la mezcla, por lo que parece que el universo está programado para hacer aminoácidos».

Vinogradoff coincidió en eso y añadió que ahora se sabe que existe una enorme diversidad de compuestos orgánicos en los meteoritos. «La pregunta ha cambiado a: ¿Por qué son estas moléculas las que han resultado ser importantes para la vida en la Tierra?» Por ejemplo, ¿por qué la vida terrestre solo usa 20 de los aminoácidos que se pueden obtener y por qué usa casi exclusivamente las estructuras «zurdas» de esas moléculas si las estructuras reflejo «diestras» se crean de manera natural con la misma abundancia? Estos pueden ser los misterios que dominen los futuros estudios químicos sobre los orígenes de la vida.

John Rennie y Allison Parshall/Quanta Magazine

Artículo traducido por Investigación y Ciencia con permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión de la ciencia.

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