Antineutrinos, moléculas zurdas y usted

• Título del artículo original: “Sites That Can Produce Left-Handed Amino Acids in the Supernova Neutrino Amino Acid Processing Model“
• Autores: Richard N. Boyd, Michael A. Famiano, Takashi Onaka y Toshitaka Kajino
• Institución del primer autor: Ohio State University, Colombus,OH. Estado Unidos.
• Estado de la publicación:  Publicado en el Astrophysical Journal, acceso abierto en arXiv
• Astrobite original: Antineutrinos, Left-Handed Molecules, and You por Kerrin Hensley

Crédito de la imagen destacada: Impresión artística de una estrella de neutrones con un campo electromagnético extremadamente fuerte. Crédito: NASA/CXC/ M. Weiss.

Los científicos están enamorados de la búsqueda de la vida. Han explorado los espectros de las atmósferas de exoplanetas en busca de indicios de gases que sostienen la vida. Han evaluado cuán amigables son las galaxias cerca y lejos, y han descubierto que el universo es un lugar implacable. Han sondeado las profundidades de los océanos y han estudiado los lagos antárticos para comprender las duras condiciones que la vida podría resistir en otras partes del cosmos.

La búsqueda de vida en otros mundos se ha guiado por lo que sabemos sobre la vida en la Tierra. La vida, como la conocemos, depende de los aminoácidos para sobrevivir. El artículo de hoy explora los efectos de exóticas configuraciones astrofísicas en los aminoácidos, lo cual podría decirnos algo acerca de cómo llegó a formarse la vida en la Tierra, y en qué otro lugar del universo podría encontrarse vida como la de la Tierra.

Cosas de la vida
Los aminoácidos son componentes importantes de las proteínas, tienen una propiedad llamada quiralidad o lateralidad. Al igual que las manos izquierda y derecha, que son un reflejo inverso de sí mismas (como la reflexión de un espejo), las moléculas quirales vienen en pares izquierdo y derecho. Estos pares de moléculas contienen los mismos átomos y los mismos enlaces químicos, pero ninguna cantidad de giro, flexión o movimiento puede hacer que se vean exactamente iguales, como muestra la Figura 1.

Figura 1. Un aminoácido simple, alanina. Las dos formas de alanina, que se muestran a la izquierda, son un par quiral. El dibujo de la derecha muestra que la alanina diestra (centro, derecha) no se puede convertir en alanina zurda (izquierda) simplemente volteando la molécula. El triángulo sólido indica que esa parte de la molécula sobresale del plano de la página, mientras que el triángulo discontinuo indica que esa parte de la molécula se dirige hacia atrás, hacia la página.

Los aminoácidos diestros son raros en la naturaleza, y toda la vida de la Tierra multicelular depende de los aminoácidos que son zurdos (a excepción de la glicina, que es idéntico a su reflejo inverso). Esto es extraño. Si prepara un lote de su aminoácido favorito en un laboratorio (como en el famoso experimento Miller-Urey y experimentos posteriores que demostraron que los relámpagos pudieron iniciar la formación de aminoácidos en la sopa primordial), las moléculas serán aproximadamente 50-50 diestros y zurdos, ¿por qué la vida tiene preferencia por los aminoácidos zurdos?

Mientras que muchos científicos creen que la preferencia por los aminoácidos zurdos surgió de forma natural en la Tierra, la razón todavía no está clara. Otra opción es que la preferencia hacia las moléculas zurdas se introdujo desde lejos, a través de meteoritos portadores de aminoácidos que se estrellan contra la Tierra, por ejemplo. Muchos meteoritos contienen un pequeño exceso de aminoácidos zurdos, lo que nos dice que algunos procesos en el espacio pueden crear un exceso de moléculas zurdas en las pares quirales.

¿De dónde viene la zurdera?
Los autores del artículo de hoy sugieren que una preferencia por los aminoácidos zurdos puede ser causada por una combinación de un campo magnético fuerte y una fuente de antineutrinos electrónicos.

Primero, supongamos que los aminoácidos están en órbita alrededor de un objeto astrofísico que emite muchos antineutrinos y posee un campo magnético fuerte, como una supernova en expansión, una estrella Wolf-Rayet masiva o una estrella de neutrones recién nacida. Estos aminoácidos podrían estar presentes en la superficie de los granos de polvo o incrustados dentro de meteoroides o planetas. Luego, cuando las moléculas son golpeadas con antineutrinos , algunos átomos de nitrógeno se convierten en átomos de carbono siguiendo este proceso:

Si el átomo de nitrógeno se convierte en un átomo de carbono, la molécula ya no será un aminoácido, ya que los aminoácidos se definen como que tienen un grupo amina (NH₂) y un grupo carboxilo (COOH). La probabilidad de que este proceso ocurra depende de cómo se alinean los giros (spins) del antineutrino y el átomo de nitrógeno; es mucho menos probable que suceda el proceso si los giros son paralelos, como se muestra en el lado izquierdo de la Figura 2, versus si los giros estuvieran desalineados.

Figura 2. Una ilustración del campo magnético de una estrella de neutrones. La orientación del campo magnético (B) y los giros de antineutrino y nitrógeno (S_nu  y  S_N ) se muestran con flechas azules claras. Imagen de richardboydastro.com .

Aquí es donde entra el campo magnético: Combinado con el movimiento de las moléculas alrededor de la estrella, el campo magnético trabaja para alinear los espines nucleares de los átomos de nitrógeno. Para los aminoácidos zurdos, el giro nuclear es paralelo al giro del antineutrino, por lo que es más probable que los aminoácidos zurdos sobrevivan a la embestida de los neutrinos. El efecto no es enorme, ya que la mayoría de los neutrinos atraviesan materia sin interactuar, pero los autores estiman que este proceso podría causar un exceso de 1% de aminoácidos zurdos, comparable al pequeño porcentaje de exceso visto en los meteoritos. Suficiente, tal vez, para imprimir un sesgo hacia las moléculas zurdas en la joven Tierra.

¿Entonces, todos somos extraterrestres?
¿La vida en la Tierra se originó en meteoritos procesados ​​por antineutrinos y campos magnéticos? Tal vez, tal vez no. Hay muchas hipótesis sobre cómo la vida adquirió su gusto por los aminoácidos zurdos, y no tienen que ser mutuamente excluyentes. Sin embargo, una cosa es segura: tenemos mucho que aprender sobre las moléculas quirales, y los aminoácidos en particular, en el espacio. Mientras que la glicina, un aminoácido aquiral, se ha descubierto en todas partes, desde el medio interestelar hasta las atmósferas de los cometas, la primera molécula quiral en el espacio fue descubierta solo en 2016. Quizás los primeros aminoácidos quirales se descubran en la región tumultuosa alrededor de una estrella de neutrones recién nacida. Si es así, los terrícolas podemos mirar desde lejos y saludarlos. Con la mano izquierda, por supuesto.