Científicos de Cambridge revelan una nueva teoría sobre los orígenes de los componentes básicos de la vida

Investigadores de la Universidad de Cambridge han identificado un proceso llamado grafitización, que, según teorizan, podría producir moléculas esenciales para la construcción de vida, como proteínas, fosfolípidos y nucleótidos en la Tierra primitiva. Este proceso, destacado en un estudio publicado en la revista Life, sugiere que las altas temperaturas resultantes de las influencias celestes y de las interacciones con el hierro y el agua podrían racionalizar los ambientes químicos, haciéndolos favorables para la formación de componentes necesarios para la vida.

Investigadores de la Universidad de Cambridge sugieren que las moléculas esenciales para la evolución de la vida pueden haber surgido de un proceso llamado grafitización. Si esto se confirma mediante experimentos de laboratorio, podría permitirnos simular las condiciones que probablemente dieron origen a la vida.

¿Cómo llegaron allí los químicos necesarios para la vida?

Durante mucho tiempo se ha debatido cómo surgieron en la naturaleza las condiciones aparentemente fortuitas para la vida, y muchas hipótesis han llegado a callejones sin salida. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Cambridge han modelado ahora cómo se producen estas condiciones, produciendo los componentes necesarios para la vida en grandes cantidades.

La vida está gobernada por moléculas llamadas proteínas, fosfolípidos y nucleótidos. Investigaciones anteriores sugieren que las moléculas beneficiosas que contienen nitrógeno, como el nitrilo, Cianoacetileno(HC3N) y Cianuro de hidrógeno(HCN) – e isonitrilo – isocianuro(HNC) y Isocianuro de metilo(CH3NC) – Puede usarse para fabricar estos elementos esenciales de la vida. Hasta el momento, no existe una forma obvia de producir todas estas cosas en el mismo entorno en grandes cantidades.

En un estudio reciente publicado en vidaEl grupo ha descubierto ahora que, mediante un proceso conocido como grafito, teóricamente se pueden sintetizar grandes cantidades de estas moléculas beneficiosas. Si el modelo puede verificarse experimentalmente, sugeriría que el proceso fue un posible paso temprano de la Tierra en su viaje hacia la vida.

¿Por qué es más probable que ocurra este proceso que otros?

El mayor problema con los modelos anteriores es que se crean muchos otros productos junto con el nitrilo. Esto crea un sistema caótico que dificulta la formación de vida.

“Una gran parte de la vida es la simplicidad”, afirmó el Dr. Paul Rimmer, profesor asistente de astrofísica experimental en el Laboratorio Cavendish y coautor del estudio. “Es el sistema”. Hemos descubierto una manera de eliminar parte de la complejidad controlando lo que puede suceder en la química.

No esperamos que la vida se produzca en un entorno caótico. Entonces, lo sorprendente es cómo el grafito limpia el medio ambiente, ya que el proceso produce exclusivamente estos nitrilos e isonitrilos, con productos secundarios en su mayoría inertes.

Una representación esquemática del escenario que proponemos aquí para la producción de materias primas prebióticas limpias y de alto rendimiento. Los acontecimientos se mueven en el sentido de las agujas del reloj desde arriba a la izquierda: primero, la Tierra tiene una atmósfera neutra. Esto se reduce después de un impacto gigante de 4,3 G al oxidar el núcleo metálico del colisionador para producir una cantidad masiva de hidrógeno.₂ Atmósfera con grandes cantidades de metano y amoniaco. Esta atmósfera se enfría rápidamente (en menos de un año) y la fotoquímica produce una niebla rica en tolina que deposita materiales orgánicos complejos ricos en nitrógeno. Estos materiales orgánicos quedan gradualmente enterrados y atraídos por la interacción con el magma. Los cielos se vuelven claros como H₂ Se pierde en el espacio y vuelve a ser neutral. Finalmente, los gases fundidos reaccionan con el grafito y se frotan para producir grandes cantidades de HCN y HC limpios.₃N, isonitrilo. Crédito: Oliver Shortle

“Al principio, pensamos que esto arruinaría todo, pero en realidad hace que todo sea mucho mejor, limpia la química”, dijo Rimmer.

Esto significa que el grafito podría proporcionar la simplicidad que buscan los científicos y el entorno limpio necesario para la vida.

¿Cómo funciona este proceso?

La Era Hadeana fue el período más antiguo de la historia de la Tierra, cuando la Tierra era muy diferente de nuestra Tierra moderna. No es sorprendente que se produjeran colisiones con escombros, a veces del tamaño de planetas. El estudio postula que cuando la Tierra primitiva chocó con un objeto aproximadamente del tamaño de la Luna, hace unos 4.300 millones de años, el hierro que contenía interactuó con el agua de la Tierra.

El coautor, el Dr. Oliver Shortle, profesor de Filosofía Natural en el Instituto de Astronomía y Departamento de Ciencias de la Tierra de Cambridge, afirmó: “Algo del tamaño de la Luna chocó contra la Tierra temprano y habría depositado una gran cantidad de hierro y otros metales”. '

Los productos de la reacción del hierro y el agua se condensan para formar alquitrán en la superficie de la tierra. Luego, el alquitrán reacciona con el magma a una temperatura superior a 1500°C y el carbono del alquitrán se convierte en grafito, una forma muy estable de carbono, ¡que es lo que utilizamos en los lápices modernos!

Una vez que el hierro reacciona con el agua, se forma una niebla que se condensa y se mezcla con la corteza terrestre. “Cuando se calienta, lo que queda son los compuestos beneficiosos que contienen nitrógeno”, dijo Shortell.

¿Qué evidencia hay para apoyar esta idea?

La evidencia que respalda esta teoría proviene en parte de la presencia de rocas komatiítas. La komatita es un tipo de roca ígnea que se forma cuando el magma muy caliente se enfría (>1500°C).

La komatita se encontró originalmente en Sudáfrica. “Las rocas se remontan a hace unos 3.500 millones de años”, dijo Shortell. “Lo más importante es que sabemos que estas rocas sólo se forman a temperaturas extremas, alrededor de 1.700 grados centígrados”. Esto significa que el magma ya estaba lo suficientemente caliente como para calentar el alquitrán y formar el útil nitrilo.

Una vez confirmado el vínculo, los autores sugieren que los compuestos que contienen nitrógeno se sintetizarán mediante este método. Como vemos komatita, sabemos que la temperatura del magma en la Tierra primitiva a veces superaba los 1.500 grados Celsius.

¿Entonces que?

Ahora los experimentos deben intentar recrear estas condiciones en el laboratorio y estudiar si el agua, inevitablemente presente en el sistema, devora los compuestos de nitrógeno y los descompone.

“Aunque no sabemos con certeza si estas moléculas iniciaron la vida en la Tierra, sí sabemos que los componentes básicos de la vida deben haber estado formados por moléculas que sobrevivieron en el agua”, dijo Reimer. “Si experimentos futuros muestran que el nitrilo se descompone, tendremos que buscar un método diferente”.

Referencia: “Fuente hidrotermal superficial de nitrilo e isonitrilo” por Paul P. Rimmer y Oliver Shortle, 10 de abril de 2024, vida.
doi: 10.3390/vida14040498

El estudio fue financiado por una Beca de Investigación de Cambridge para Ciencias Planetarias y Vida en el Universo.