Naves Espaciales de la Naturaleza Vol. II: Guía del Viajero al Sangriento y Frío Inicio

Título del artículo técnico: Nature’s Starships II: Simulating the Synthesis of Amino Acids in Meteorite Parent Bodies
Autores: Alyssa K. Cobb, Ralph E. Pudritz., Ben K.D. Pearce.
Institución del Primer Autor: Origins Institute, McMaster University, ABB 241, 1280 Main Street, Hamilton, ON L8S 4M1, Canada.
Estado: Aceptado para publicación en Astrophysical Journal.

La Vida, el Universo y… ¡los Aminoácidos!

En Naves Espaciales de la Naturaleza Vol. I aprendimos que los aminoácidos, los bloques fundamentales del ADN, pueden ser formados en el interior de los planetesimales, objetos del tamaño de asteroides en las etapas tempranas del sistema solar que han crecido hasta formar planetas en nuestros días. ¿Por qué debería de importarnos esto? Bueno, debería importarnos porque de acuerdo a la hipótesis conocida como “late veneer” (que se puede traducir literalmente como enchapamiento tardío), todo el agua de la superficie de la Tierra tiene su origen en impactos a lo largo de su formación – en otras palabras nuestro planeta fue “contaminado” por versiones miniatura de sí mismo, los cuales fueron agregando con el paso del tiempo los ingredientes necesarios para que se diera el surgimiento de la vida.

Los autores de Nature’s Starships I encontraron un incremento en la abundancia de los aminoácidos solamente en una subclase muy particular de los más primitivos meteoritos, e interpretaron este descubrimiento como una evidencia de que existen capas interiores dentro de los planetesimales donde las condiciones de presión y temperatura son óptimas para que las reacciones químicas que dan origen a los aminoácidos tengan lugar.

Profundas Meditaciones acerca de.. ¡Química! (sí, otra vez)

Ahora se evaluará la hipótesis de Cobb et al. (2015) usando modelos computarizados de la síntesis de aminoácidos con condiciones de temperatura y presión esperadas en planetesimales. La Figura 1 muestra el sorpresivo resultado de estas consideraciones.

Figura 1: La influencia de diferentes temperaturas en la producción total de aminoácidos por reacciones químicas en el interior de los planetesimales. Cada punto (y la correspondiente línea) representan la producción por un diferente tipo de planetesimal. Un incremento en la temperatura es equivalente a una diferente capa dentro del planetesimal. Las líneas quebradas azul y rojas corresponden al valor máximo y mínimo de datos medidos en meteoritos. La producción total de aminoácidos es bastante insensible al cambio de temperatura (esto es, la abundancia total de aminoácidos no varía mucho con la temperatura). Esto implica que la región o capa específica en el planetesimal no importa mucho para la producción de aminoácidos. Fuente: Cobb et al. (2015).

Parece que la capa donde se forma el aminoácido no es en realidad ni crucial ni importante para su producción. Como ya fue explicado en Naves Espaciales de la Naturaleza Vol. I, la tasa de reacción de aminoácidos parece estar relacionada con el agua de alguna forma. En meteoritos que se cree que fueron ambientes muy secos (o muy calientes), ha sido encontrada una abundancia mucho menor de aminoácidos que en aquellos asociados a ambientes acuosos. Por esto, parece que necesitamos más agua para incrementar las reacciones químicas que potencien la producción de aminoácidos y cambiar la imagen que hemos descrito más arriba.

Figura 2: Concepto artístico de la transición de la línea de nieve en un disco protoplanetario. En este caso para lo que se cree es el sistema TW Hydrae. Crédito: Bill Saxton y Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF. Imagén obtenida de: http://scitechdaily.com/alma-reveals-first-ever-snow-line-seen-around-a-distant-star/

La culpa la tiene el Agua

A partir de modelos de formación planetaria, sabemos que durante la edad temprana del sistema solar, la “línea de nieve“, la distancia de la estrella a la cual puede encontrarse agua en forma de hielo en un sistema planetario, era de 2-2.5 unidades astronómicas (esta es la ubicación apróximada del cinturón de asteroides en nuestros días). Esto significa que los planetesimales localizados en esta región durante la etapa de formación planetaria experimentarían un significante gradiente en la abundancia de agua. Planetesimales en el interior de la línea de nieve tendrán menos agua líquida que aquéllos que se encuentran a distancias más alejadas de ésta. Esta transición en la química es mostrada de manera artística en la Figura 2.

Resulta peculiar que la mayoría de los asteroides que “cayeron” a la Tierra lo hicieron desde el cinturón de asteroide, donde solía encontrase la línea de nieve. Por lo tanto, los autores han decidido usar otra estrategía y en lugar de variar en sus modelos la producción total de aminoácidos con diferentes temperaturas, los autores ahora investigan cómo dicha abundancia varía con el contenido total de agua dentro de los planetesimales, lo cual es mostrado en la Figura 3.

Figura 3: La abundancia total de aminoácidos en partes por billion de acuerdo a los modelos de Cobb et al. 2015 (línea negra). Las areas coloreadas corresponden a los datos disponibles de meteoritos y los puntos representan medidas de abundancia de específicos aminoácidos en las muestras más importantes para este estudio. La gráfica de la izquierda muestra datos donde no se han tomado encuenta algunos efectos climáticos (cuando los meteoritos han residido cerca de la superficie de algún planeta por largo tiempo suelen incorporar agua que no estaba presente cuando se encontraban en el espacio). Por lo tanto, la gráfica del lado derecho intenta tomar en cuenta este efecto. Fuente: Cobb et al. (2015).

Incluyendo algunos efectos climáticos en la superficie, los valores esperados de las abundancias de aminoácidos son consistentes con las observaciones y se encuentran en acuerdo con la hipótesis de que el contenido de agua es un factor importante para la producción de aminoácidos. Como suele suceder en la literatura actual, se ha necesitado de la interconexión de varios campos para alcanzar un mejor entendimiento de cómo se formaron las moléculas orgánicas. ¿Comó se puede relacionar lo aprendido en este estudio con la astrobiología? La formación de aminoácidos en el interior de los planetesimales no es un proceso aislado. No se puede simplemente estudiar los planetesimales sin tomar en cuenta su ambiente. Las propiedades físicas y químicas que un planetesimal pueda tener son completamente heredadas de la astroquímica del disco protoplanetario.