Naves Espaciales de la Naturaleza I: Bloques de vida

Título del artículo técnico: Nature’s Starships. I. Observed Abundances and Relative Frequencies of Amino Acids in Meteorites [published version]
Autores: Alyssa K. Cobb, Ralph E. Pudritz.
Institución del Primer Autor: Origins Institute, McMaster University, ABB 241, 1280 Main Street, Hamilton, ON L8S 4M1, Canada.
Estatus: Publicado en Astrophysical Journal el 24 de February de 2014.
Astrobite original: Nature’s Starships Vol. I – Ride in on Shooting Stars

Construcción de los bloques de la vida en planetesimales

Figura 1: Estructura Principal de un aminoácido. La “R” indica el “lado de la cadena”, que varia en diferentes aminoácidos. Fuente: Wikipedia.

Los aminoácidos son un ingrediente crucial para la vasta mayoría de componentes orgánicos, incluido nuestro DNA, y una importante fuente de este material orgánico tuvo que ser transportado a los planetas jóvenes en nuestro Sistema Solar vía impactos de meteoritos. Por lo tanto, determinar dónde y cómo se formaron los primeros aminoácidos es un paso crítico para entender cuándo y cómo se formó la vida. La vida se ha acoplado a básicamente todo nicho biológico en la Tierra sin importar que teoría de formación prefieras. Esta puede ser por abiogénesis (la vida surgiendo de materia no-viva en una sopa primordial) o por panspermia (la “contaminación” de la Tierra por microorganismos vivientes que están esparcidos por el Universo y que se distribuyen a través de meteoritos y asteroides). Pero no sólo la Tierra, sino que mundos distantes, como por ejemplo la luna de Júpiter, Europa, también podrían albergar vida. ¿Qué nos dicen las rocas? Afortunadamente, los meteoritos que caen en la Tierra nos permiten trazar un registro del tipo de material del que están hechos. Una clase relativamente rara de meteoritos, las condritas carbonáceas (tipo C), son conocidas por su alto contenido de agua, carbono (del cual proviene su nombre) y material orgánico. Por lo tanto, son interesantes si queremos investigar la creación de los bloques de la vida.

Figura 2: Esquema de clasificación de las condritas carbonáceas. Fuente: Figura 1 de Cobb & Pudritz (2014).

Todos los meteoritos de tipo C que han sido encontrados deben ser clasificados e incorporados en un esquema que nos muestre su clasificación general. La Figura 2 nos muestra este esquema. La clasificación no es perfecta, ya que para que ésta sea lo más sencilla posible se ha permitido cierto grado de “desorden” (para desgracia de los geólogos). Los meteoritos han sido ordenados, primero dependiendo de su composición química (de CI a CK) y luego de acuerdo a su tipo petrográfico, el cuál indica cuántos elementos del meteorito han sido alterados. Alteraciones acuosas (el proceso de transformación de moléculas a materical orgánico) suceden en ambientes muy hidratados. Por su parte, la metamorfosis termal describe las transformaciónes del meteorito bajo condiciónes a alta temperatura, lo que normalmente no es amistoso para el material orgánico.

Destilación de Aminoácidos: ¿cómo y dónde? Se cree que los meteoritos son el producto final de colisiones entre cuerpos padres – planetesimales de varios kilómetros de tamaño que existieron en el Sistema Solar joven, y que eran algo así como asteroides. Los “hijos” eran lo suficientemente grandes para ser calentados en sus interiores por elementos radiogénicos y probablemente tenían una estructura interna de capas, siendo muy calientes y densos en sus partes interiores y más frías en sus partes exteriores, donde el calentamiento de los radionúcleos interiores no era significativo. En este punto se necesita obviamente un conexión entre las diferentes clases que aparecen en la Figura 2 y los procesos físicos que dieron origen a esas clases. Si mantenemos en mente la imagen de capas de los planetesimales, el metamorfismo termal implica altas temperaturas, por lo que estos meteoritos se habrían formado en el interior de los cuerpos padres en un ambiente seco y denso (tipos 4-6 de la Figura 2). Por otra parte, alteraciones acuosas podrían bien haberse formado en las capas exteriores, donde el agua abundaba y las temperaturas eran significativamente más bajas (tipos 1-3 de la misma figura). Cobb & Pudritz colectaron datos acerca de las abundancias (cantidad relativa de aminoácidos) de numerosos experimentos de laboratorio. De estos, trataron de relacionar las abundancias de los aminoácidos relativamente simples con los meteoritos de tipo petrográficos para inferir el lugar donde estos aminoácidos originalmente se formaron dentro de los cuerpos padres. Uno de sus principales resultados es presentado en la Figura 3.

Figura 3: Abundancias promedio de los aminoácidos en diferentes clases de meteoritos. Cada color representa un tipo de aminoácido específico. Meteoritos petrográficos de tipo 2 muestran los más diversos y rico espectro de aminoácidos. Se piensa que estos tipos de aminoácidos se formaron en las capas intermedias de los llamados cuerpos padres, lo cuál implica que las temperaturas y abundancias de agua encontradas en las capas intermedias son favorables para las tasas de reacción de estos componentes. Fuente: Figura 8 de Cobb & Pudritz (2014).

La gráfica muestra las abundancias de tipos específicos de aminoácidos en el interior de los meteoritos de ciertas clases petrográficas. Como puedes ver, las muestras de tipo 2 contienen los aminoácidos más diversos y abundantes, ¡varios ordenes de magnitud por encima de cualquier otro tipo! Cobb & Pudritz pensaron que las capas intermedias de los cuerpos padres, a las cuales pertenecen estos tipos de meteoritos, forman un ambiente óptimo para la formación de aminoácidos. Esto corresponde a un rango de temperatura de 200 a 400 Celsius en un ambiente acuático. Pero ¿porqué esto es interesante y a dónde nos lleva este conocimiento? Resumiendo, Cobb & Pudritz argumentan que los aminoácidos se formaron potencialmente en capas específicas de los cuerpos padres. Ahora pueden relacionar el origen de los aminoácidos de estas capas a la química y ambiente del disco protoplanetario natal que rodeaba al Sol en formación. Entendiendo más acerca del ambiente necesario para la construcción de los bloques de la vida estaremos más cerca de entender el proceso detrás del surgimiento de la vida y posiblemente usar estos resultados para ganar conocimiento sobre la frecuencia con que la vida existe en otros planetas y lunas en el Sistema Solar, e incluso en sistemas extrasolares. Para saber más al respecto, tendremos una segunda entrada aproximadamente dentro de un mes donde continuaremos el viaje en las Naves Espaciales de la Naturaleza Vol. II.