Los resultados de la investigación pueden explicar cómo surgió la vida en la Tierra y también pueden aplicarse a otros planetas y cuerpos del sistema solar y a exoplanetas.
Materiales carbonosos del asteroide Ryugu
Un estudio detallado de muestras del asteroide Ryugu ha proporcionado más pruebas de que las moléculas orgánicas que dieron lugar a la vida en nuestro planeta fueron traídas hasta aquí por cometas antiguos. Estas muestras de rocas espaciales fueron devueltas a la Tierra por la misión japonesa Hayabusa2, que visitó la roca espacial Ryugu con forma de peonza giratoria en 2018. Hayabusa2 pasó unos 18 meses estudiando el asteroide y recolectando material de la superficie que resultó ser un tesoro de información sobre nuestro sistema solar.
Un equipo de científicos detrás de nuevos desarrollos en la búsqueda del origen de la vida ha descubierto “salpicaduras de fusión” de entre 5 y 20 micrómetros de ancho, formadas cuando el polvo de un cometa en particular arrojó la superficie de Ryugu. Y dentro de estas salpicaduras de derretimiento, los investigadores encontraron pequeños materiales carbonosos similares a la materia orgánica primitiva. Ryugu, oficialmente conocido como 162173 Ryugu, es un asteroide cercano a la Tierra de 2.850 pies de ancho (870 metros de ancho) sin atmósfera protectora. Esto significa que su superficie está directamente expuesta al espacio y puede acumular polvo interplanetario, lo que cambia la composición de la superficie del asteroide tras el impacto.
Asteroide Ryugu. Arriba: salpicaduras de fusión de la superficie de Ryugu, abajo: corte CT de la fusión que muestra vacíos. JAXA/Megumi Matsumoto et al.
Las salpicaduras de fusión que el equipo estudió se produjeron cuando el material de la superficie del asteroide chocó con el polvo del cometa, y los dos materiales se fundieron y mezclaron entre sí durante el calentamiento causado por el impacto y finalmente se enfriaron. Los materiales carbonosos esponjosos que se encuentran en los fundidos de Ryugu son químicamente diferentes de la materia orgánica que normalmente se encuentra en el material cometario porque carecen de oxígeno y nitrógeno. Sin embargo, esto podría indicar cómo se formó el material en primer lugar.
“Esta materia orgánica puede ser pequeñas semillas de vida que alguna vez fueron traídas desde el espacio a la Tierra”, dijo en un comunicado Megumi Matsumoto, miembro del equipo y profesora asociada de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Vida de la Universidad de Tohoku.
“Especulamos que los materiales carbonosos se formaron a partir de materia orgánica cometaria como resultado de la evaporación de volátiles como el nitrógeno y el oxígeno durante el calentamiento provocado por el impacto”, dijo Matsumoto. “Esto sugiere que el material cometario fue transportado a la región cercana a la Tierra desde el sistema solar exterior”.
Las tomografías computarizadas muestran material carbonoso encontrado en las salpicaduras de fusión de Ryugu. Megumi Matsumoto et al.
Otra evidencia del origen de la materia orgánica son los pequeños huecos creados por impactos que liberaron vapor de agua de los materiales en la superficie de Ryugu; Esta agua luego fue capturada por la sustancia calentada por impacto. “Nuestras imágenes de tomografía computarizada en 3D y nuestro análisis químico mostraron que las salpicaduras fundidas se componen principalmente de vidrios de silicato con huecos y pequeñas inclusiones de sulfuros de hierro esféricos”, añadió Matsumoto. “La química de las salpicaduras fundidas sugiere que los silicatos hidratados de Ryugu se mezclaron con polvo de cometa”.
Matsumoto y su equipo continúan examinando muestras de Ryugu recolectadas por Hayabusa2 con la esperanza de encontrar más derretimientos que puedan contener evidencia de impactos de polvo de cometas. Se espera que esto permita comprender mejor el transporte de material orgánico primordial al espacio alrededor de la Tierra hace más de 4 mil millones de años, antes del surgimiento de la vida.
Los cometas tienden a existir en órbitas amplias alrededor del Sol, lo que significa que pasan la mayor parte de su tiempo en los fríos bordes exteriores del Sistema Solar. Pero a medida que penetran en el sistema solar interior, la radiación solar calienta su material interior helado. Esto hace que el material se convierta directamente en gas, un proceso llamado sublimación.
Cuando este material gaseoso escapa del cometa, lleva consigo parte del material de la superficie del objeto. Esto no sólo crea las colas y auras o “comas” características de los cometas, sino que también deja rastros de polvo cometario alrededor del Sol. Cuando la Tierra sigue estos rastros, somos testigos de eventos de meteoritos a medida que fragmentos de polvo se queman en la atmósfera de nuestro planeta. Sin embargo, es mucho más probable que este material cometario acabe en la superficie de cuerpos sin atmósfera, como Ryugu, donde puede conservarse. Así, el estudio de estos restos de polvo en muestras de Hayabusa2 podría proporcionar pistas sobre el material del Sistema Solar primitivo.
Agentes quelantes del hielo interestelar
Los astrofísicos creen que las primeras formas de vida debieron contener biomoléculas en forma de ARN y aminoácidos. Los iones metálicos desempeñan un papel clave en la estabilización y copia del ARN. Las células modernas utilizan proteínas especiales para transportar iones a través de las membranas, pero son demasiado grandes y complejas y difícilmente podrían haber existido en la época de las primeras protocélulas. Según los científicos, los iones podrían transportarse en células antiguas con la ayuda de agentes quelantes que surgieron del hielo interestelar en el espacio y cayeron junto con los meteoritos a la Tierra.
Los astrofísicos de la Universidad Korolev de Samara, junto con colegas estadounidenses, han demostrado teórica y experimentalmente la posibilidad de que en el espacio aparezcan sustancias orgánicas que cayeron a la Tierra junto con los meteoritos y crearon las condiciones para el desarrollo de la vida, informó el servicio de prensa de la Universidad de Samara.
“La importancia científica de nuestra investigación es que por primera vez en el mundo se obtuvieron agentes quelantes orgánicos en análogos del hielo interestelar. Según muchos científicos, los agentes quelantes fueron esenciales para la existencia y el desarrollo de las primeras protocélulas biológicas. Estas sustancias facilitar la transferencia de iones metálicos a través de la membrana celular, y así podrían participar en la catálisis de la replicación del ARN, es decir, en la copia de datos del ARN y la división de protocélulas antiguas”, dijo uno de los autores del estudio, asociado Profesor del Departamento de Física de la Universidad de Samara Ivan Antonov.
La universidad aclaró que la parte teórica del estudio se llevó a cabo en la Universidad de Samara y la parte experimental en la Universidad de Hawaii en Estados Unidos. Antonov señaló que los cálculos y experimentos mostraban un mecanismo plausible para la formación de materia orgánica compleja dentro del hielo interestelar en el espacio profundo. “Esto amplía fundamentalmente el conocimiento sobre el nivel alcanzable de complejidad molecular de las moléculas orgánicas en el espacio”, destacó el especialista.
En la vida cotidiana, la gente se encuentra casi a diario con agentes quelantes: se utilizan en diversos detergentes, detergentes, champús, cosméticos, así como en la restauración de hallazgos arqueológicos, ya que eliminan fácilmente el óxido.
forma quelada de fertilizantes
Los lagos de soda pueden parecerse a los “pequeños estanques cálidos” de Darwin donde comenzó la vida en la Tierra
Un equipo de científicos de la Universidad de Washington hizo este descubrimiento cuando descubrieron un “lago de soda” poco profundo en el oeste de Canadá que parece tener la química y las condiciones necesarias para que una pequeña masa de agua facilitara la síntesis espontánea de moléculas complejas que llevaron a El surgimiento de la vida en la Tierra hace unos 4 mil millones de años.
Los lagos de soda, como el que se analiza en este estudio, son pequeños cuerpos de agua que contienen altos niveles de carbonatos y sodio disueltos, de manera similar a como se vierten en ellos grandes cantidades de bicarbonato de sodio. Sin embargo, en este caso, los altos niveles de sodio y carbonato disueltos son causados por reacciones entre el agua y las rocas volcánicas.
Chance Lake en Canadá es un lago de soda que puede representar las “pequeñas piscinas cálidas” de Darwin donde comenzó la vida en la Tierra. Kimberly Poppy Sinclair/Universidad de Washington
Desde la década de 1950, los investigadores han podido producir moléculas biológicas como aminoácidos y los componentes básicos del ARN a partir de moléculas inorgánicas, pero ha habido un problema de larga data con el siguiente paso en el proceso. El ARN y el ADN, las moléculas clave de la vida, así como las membranas de las células vivas, necesitan fosfatos. La concentración necesaria de fosfatos para formar biomoléculas utilizadas en los laboratorios es un millón de veces mayor que el nivel que normalmente se encuentra en ríos, lagos u océanos. Esto se conoce como el “problema del fosfato” en las teorías sobre el origen de la vida en la Tierra, y una nueva investigación sugiere que los lagos de soda podrían ser una solución a este problema.
Además de los altos niveles de carbonatos disueltos y sodio, las lacas de soda también contienen altos niveles de fosfatos. Un estudio de 2019 encontró que las concentraciones de estas moléculas en estos pequeños cuerpos de agua podrían ser 1 millón de veces más altas que en los cuerpos de agua típicos. Esto significa que los lagos de soda podrían ser un lugar ideal para que emerjan las moléculas clave de la vida.
Para probar esto, la Universidad de Washington comenzó a investigar un lago de soda de este tipo, deteniéndose en Last Chance Lake, un lago fangoso de 1 pie (30 cm) de profundidad que se encuentra al final de un camino de tierra en Cariboo Plateau en Columbia Británica, Canadá. En la década de 1990 se descubrió que este lago de soda en particular tenía los niveles de fosfato más altos conocidos.
En el fondo del lago Last Chance hay roca volcánica de basalto, este lago está ubicado en un clima seco y ventoso que mantiene los niveles de agua bajos y los compuestos disueltos concentrados debido a la rápida evaporación del agua entrante. Los científicos detrás de este nuevo estudio visitaron el lago tres veces entre 2021 y 2022, tanto en verano como en invierno.
Al estudiar muestras de agua, sedimentos lacustres y costras de sal encontradas en el lago Last Chance, el equipo descubrió que el calcio se combinaba con abundante carbonato y magnesio para formar dolomita. Esto es diferente a la situación en otros lagos, donde el fosfato normalmente se une al calcio para formar fosfato cálcico, que forma, por ejemplo, el esmalte de nuestros dientes y es insoluble, lo que reduce los niveles de fosfato.
Una costra de sal recuperada del lago Last Chance, con algas verdes y sedimento negro en la base. David Catling/Universidad de Washington
Como resultado del calcio atrapado en la dolomita en Last Chance Lake, queda una gran cantidad de fosfato libre; Si estas condiciones se hubieran encontrado en cuencas hidrográficas hace unos 4 mil millones de años, habrían permitido que los ingredientes clave responsables del surgimiento de la química de la vida existieran en las altas concentraciones requeridas. “Tienes este salar aparentemente seco, pero tiene rincones y recovecos. Y entre la sal y el sedimento, hay pequeñas bolsas de agua con niveles realmente altos de fosfato disuelto”, dijo Sebastian Haas, miembro del equipo y becario postdoctoral de la Universidad de Washington.
“Queríamos entender por qué y cuándo pudo haber sucedido esto en la Tierra antigua, cómo pudo haberse convertido en la cuna de la vida”. El equipo demostró que los lagos de soda como Last Chance son los lugares más probables donde podría haberse originado la vida en la Tierra. Además, esperan que las mismas condiciones sean posibles para otros cuerpos del Sistema Solar y en todos los planetas fuera del Sistema Solar, incluidos los exoplanetas.
“Estábamos estudiando un entorno natural que debería ser común a todo el sistema solar”, dijo Haas. “Las superficies planetarias están dominadas por rocas volcánicas, por lo que la misma química del agua podría haber ocurrido no sólo en la Tierra primitiva, sino también en Marte y Venus primitivos si hubiera habido agua líquida. Estos nuevos hallazgos ayudarán a informar a los investigadores sobre los orígenes de la vida que están replicando estas reacciones en el laboratorio o buscando entornos potencialmente habitables en otros planetas”, concluyó Catling.
Los resultados podrían ayudar a resolver un antiguo problema de explicación de cómo se originó la vida en la Tierra, y también podrían aplicarse a otros planetas del sistema solar, como Marte y Venus. “Creo que estos lagos de soda proporcionan la respuesta al problema del fosfato”, dijo en un comunicado David Catling, autor principal del estudio y profesor de ciencias terrestres y espaciales en la Universidad de Washington. “Nuestra respuesta es alentadora: este entorno debe haber surgido en la Tierra primitiva y quizás en otros planetas, porque es simplemente un resultado natural de cómo se crean las superficies planetarias y cómo funciona la química del agua”.
