Astrobiología
Las condiciones cósmicas permiten la generación de péptidos sin agua gracias al efecto túnel cuántico
Eduardo Martínez de la Fe
Una investigación que ha recreado en laboratorio las condiciones que prevalecen en las nubes moleculares cósmicas ha comprobado que los mecanismos básicos de la vida pueden desarrollarse en las condiciones extremas del espacio y que la vida no es una condición única de planetas como la Tierra.
Una nueva investigación ha comprobado que los aminoácidos pueden formar péptidos, que son los componentes básicos de la vida, en el espacio, lo que sugiere que la vida tal como la conocemos pudo formarse originalmente en el espacio, y no únicamente en nuestro planeta.
Las teorías actuales sobre los orígenes de la vida establecen que los aminoácidos fueron transportados mediante cometas y meteoritos que sembraron la Tierra en los primeros momentos de su formación, y que a continuación esos ácidos se convirtieron e péptidos debido a las condiciones propicias que se dieron entonces en nuestro planeta.
La nueva investigación desafía esta suposición, ya que ha podido determinar que la conversión de aminoácidos en péptidos puede ocurrir en el espacio. No es necesario que exista un planeta como la Tierra para que la vida pueda germinar en otra parte del universo, concluye esta investigación.
MISTERIO SIN RESOLVER
El origen de la vida sigue siendo uno de los grandes misterios de la ciencia, más de 4.000 años después de que comenzara a formarse en nuestro planeta.
Según las teorías actuales, en los inicios de la formación de nuestro planeta existió una ‘sopa primordial’ con sustancias químicas sencillas que producirían aminoácidos. Estos se convirtieron en las proteínas necesarias para crear las células que, a su vez, dieron lugar a las plantas y los animales.
Lo que nunca ha podido determinarse es cómo se ensamblaron los ‘bloques’ de aminoácidos en las proteínas que formaron la maquinaría celular y las primeras formas de vida.
Lo que aporta la nueva investigación, desarrollada por científicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena y el Instituto Max Planck de Astronomía, ambas en Alemania, es que los aminoácidos pueden convertirse en péptidos más complejos, un componente clave de la vida, en las duras condiciones del espacio. Los resultados se han publicado en Nature Communications.
CON AGUA…
Según explican los autores de esta investigación, los aminoácidos, las nucleobases y varios azúcares que se encuentran en los meteoroides, por ejemplo, muestran que su origen podría ser de naturaleza extraterrestre.
Sin embargo, añaden, para que se forme un péptido a partir de moléculas de aminoácidos individuales, se requieren condiciones muy especiales que, se suponía, tenían más probabilidades de existir únicamente en la Tierra.
Hasta ahora, esas condiciones incluían la presencia de agua, principalmente porque cada vez que un aminoácido base se combina con otro para formar una cadena peptídica, se debe eliminar una molécula de agua.
“El agua juega un papel importante en la forma convencional en que se crean los péptidos”, explica Serge Krasnokutski, uno los investigadores en un comunicado.
“Nuestros cálculos químico-cuánticos han demostrado que el aminoácido glicina se puede formar a través de un precursor químico, llamado amino ceteno, que se combina con una molécula de agua. En pocas palabras: en este caso, se debe agregar agua para el primer paso de reacción y se debe eliminar el agua para el segundo”.
… Y SIN AGUA
Este conjunto de circunstancias contradictorias obligó a los investigadores a observar el origen de los péptidos de una manera completamente diferente y directa, eliminando uno de los dos pasos y el agua del proceso por completo.
“En lugar de tomar el desvío químico en el que se forman los aminoácidos, queríamos averiguar si las moléculas de aminocetena podían formarse y combinarse directamente para formar péptidos”, señala Krasnokutski.
“Y lo hicimos bajo las condiciones que prevalecen en las nubes moleculares cósmicas, es decir, en las partículas de polvo en el vacío, donde los químicos correspondientes están presentes en abundancia: carbono, amoníaco y monóxido de carbono”.
COMPROBACIÓN EXITOSA
Para probar esta hipótesis, el equipo empleó una cámara de vacío ultraalto, que les permitiría simular el entorno del espacio descendiéndolo a aproximadamente una billonésima parte de la presión de aire normal y a menos 263 grados centígrados.
Dentro de la cámara, colocaron sustratos artificiales que sirvieron como modelos de partículas de polvo como las que se encuentran en el espacio interestelar.
Cuando los investigadores introdujeron las moléculas de carbono, amoníaco y monóxido de carbono en las superficies de partículas de polvo simuladas, presenciaron la conversión en un solo paso de los aminoácidos de glicina individuales a la cadena peptídica de poliglicina. Y todo sin la introducción de agua.
“Las investigaciones demostraron que, en estas condiciones, el péptido poliglicina se formó a partir de sustancias químicas simples”, señala Krasnokutski. "Estas son, por lo tanto, cadenas del aminoácido muy simple glicina".
UN SOLO PASO
“Y observamos diferentes longitudes”, agrega Krasnokutski con respecto a la complejidad de los péptidos vistos en sus experimentos. "Los especímenes más largos consistieron en once unidades del aminoácido".
Según el equipo de investigación, el éxito de esta conversión de un solo paso sin agua se basa principalmente en un aminoácido "extremadamente reactivo": amino ceteno.
"El hecho de que la reacción pueda tener lugar a temperaturas tan bajas se debe a que las moléculas de aminoceteno son extremadamente reactivas", dijo Krasnokutski. “Se combinan entre sí en una polimerización eficaz. El producto de esto es la poliglicina”.
FACTOR CUÁNTICO
Los investigadores dicen que les resultó sorprendente que esta polimerización de aminoceteno pudiera ocurrir en condiciones tan extremas, similares a las del espacio, principalmente debido a la barrera de energía que esta conversión tiene que superar.
Sin embargo, sospechan que algo puede estar sucediendo a muy pequeña escala, un fenómeno conocido como tunelización cuántica, que está ayudando al aminoácido a sortear esa barrera energética y formar cadenas peptídicas reales.
“Puede ser que nos ayude en esto un efecto especial de la mecánica cuántica”, explica Krasnokutski refiriéndose al así llamado efecto túnel, mediante el cual una partícula elemental puede atravesar de facto una pared.
“En este paso de reacción especial, un átomo de hidrógeno cambia de lugar. Sin embargo, es tan pequeño que, como partícula cuántica, no pudo superar la barrera, sino que simplemente pudo cruzarla, por así decirlo, a través del efecto túnel”.
MIRAR MÁS ALLÁ
Si se confirmaran los resultados de este estudio más allá de un laboratorio, significaría que los aminoácidos probablemente no necesitan las condiciones que se dieron en la Tierra primitiva para combinarse en moléculas complejas.
En cambio, es posible que esas condiciones ya existan dentro del espacio interestelar, y que la Tierra primitiva simplemente necesitó enfriarse lo suficiente como para que esos componentes básicos de la vida se afianzaran.
Si esta suposición es cierta, significaría que el "origen de la vida" no solo sigue siendo una pregunta sin respuesta, sino que la respuesta ya no hay que buscarla únicamente en nuestro planeta.
Ahora que está claro que no solo se pueden crear aminoácidos, sino también cadenas peptídicas en condiciones cósmicas, es posible que tengamos que mirar no solo a la Tierra para llegar al fondo del origen de vida, concluyen los investigadores.
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REFERENCIA
A pathway to peptides in space through the condensation of atomic carbon. S. A. Krasnokutsk et al. Nature Astronomy (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-021-01577-9
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