Aminoácidos interestelares

Sin duda, la vida es un conjunto de cosas muy complejas y su origen es algo que seguramente ha llevado a muchas personas a divagar hasta llegar a un punto de no retorno, en el que tenemos más preguntas que respuestas. ¿La vida se habrá formado aquí en la Tierra o vino del espacio? ¿Se formó en un caldo primigenio? ¿Habrá vida en otros lugares? Algunos de los bloques más pequeños de ese complejo rompecabezas son los aminoácidos, y los descubrimientos más recientes sobre su origen tienen asombrados a muchas científicas y científicos.

Los primeros en proponer un conjunto de hipótesis contrastables acerca del origen de la vida fueron el bioquímico ruso Aleksandr Ivánovich Oparin y el biólogo inglés John Burdon Haldane, quienes trabajaron de forma independiente, cada uno en su país de origen, sin conocer el trabajo del otro. Ambos postularon que la aparición de la vida fue precedida por un periodo que denominaron evolución química y que tuvo que haber ocurrido en condiciones muy diferentes a las que podemos ver hoy en la Tierra, ya que se piensa que en la atmósfera primitiva escaseaba el oxígeno y la energía abundaba en forma de calor, descargas eléctricas, radioactividad y radiación proveniente del Sol.

Oparin propuso que, en esas condiciones, los gases atmosféricos acumulados en los mares y lagos de la Tierra se habrían condensado y, protegidos por el agua que actúa como un filtro para las radiaciones, podrían haber comenzado a formarse moléculas orgánicas pequeñas que reaccionarían entre sí, generando moléculas más grandes y complejas. Estas aumentarían su concentración y se asociarían, creando pequeños sistemas como consecuencia de las mismas fuerzas químicas que actúan sobre las moléculas en la actualidad.

La propuesta de Oparin fue publicada en 1924, pero su obra fue traducida al inglés en 1938, por lo que Haldane no era consciente del trabajo de su contemporáneo y publicó ideas muy similares en 1929. Fue hasta 1953 que el bioquímico estadunidense Stanley Miller aportó las primeras pruebas experimentales que le dieron sustento. Sus resultados mostraron que casi cualquier fuente de energía (rayos, radiación ultravioleta o calor) puede convertir a las moléculas simples en una variedad de compuestos orgánicos complejos, como aminoácidos o unidades constitutivas de ADN y ARN. Sin embargo, demostró que estos compuestos no se formarían en los mares abiertos como Oparin propuso en un inicio, sino que este proceso ocurriría en microambientes protegidos, con condiciones particulares y favorables. La mayoría de las y los bioquímicos coinciden en que, debido a la disponibilidad de moléculas precursoras y fuentes de energía existentes en la Tierra joven, las reacciones químicas productoras de aminoácidos y otras moléculas orgánicas fueron inevitables.

Ilustración: Oldemar González

Las hipótesis de Oparin y Haldane y los experimentos de Miller fueron aceptados por biólogas y biólogos de todo el mundo como el posible origen de los componentes esenciales de la vida, sin imaginarse que la naturaleza tenía mucho por mostrar todavía.

Movámonos un poco de lugar y de tiempo. Dejemos por un momento la Tierra y adentrémonos en el sistema solar en los viajes realizados en 2004 y 2015 por las sondas Stardust y Rosetta hacia los cometas Wild 2 y el 67P/Churyumov-Gerasimenko, respectivamente. En su viaje, ambas sondas descubrieron algo extraordinario: la presencia de glicina, el aminoácido con la estructura más sencilla que hay. ¡Una molécula orgánica en la cola de ambos cometas! Es decir, moléculas indispensables para la vida como la conocemos, pero fuera de la Tierra. Sin embargo, la glicina no estaba sola, también detectaron a sus posibles precursores: metilamina y etilamina.

La presencia de estas dos moléculas en aquellos lugares tan lejanos (cerca de cuatro veces la distancia media entre el Sol y la Tierra), seguramente  hizo volar la imaginación de muchas y muchos investigadores en el mundo. Los cometas no son como cualquier asteroide que flota en el espacio: son vestigios de lo que sucedió en los orígenes de nuestro sistema solar y reflejan la composición molecular de los momentos en los que se formaron el Sol y los planetas. Por lo tanto, no sólo estamos hablando de que hay aminoácidos formados en lugares lejanos en cuanto a distancia, sino también en el tiempo.

Anteriormente, más de 140 moléculas habían sido detectadas en nubes interestelares y alrededor de 25 en las colas de distintos cometas, pero la glicina no estaba entre ellas; su precursor, la metilamina, ya había sido observada en el medio interestelar. Esto llevó a que distintos grupos de investigación concluyeran que la formación de los aminoácidos en el espacio ocurría debido al procesamiento energético de los hielos que cubren asteroides, cometas y otros cuerpos. En otras palabras, los aminoácidos se habrían formado en el espacio exterior por la interacción de sus precursores con distintas fuentes de energía, como la radiación ultravioleta, los rayos cósmicos y los rayos x o la radiación térmica; todas ellas muy presentes en la vasta oscuridad espacial. Por otra parte, diversas investigaciones apuntan a que el hielo ha sido el medio más favorable para que la glicina y otros aminoácidos sobrevivan a la evolución de las estrellas y a la formación de planetas, eventos que representan entornos predominantemente hostiles para estas frágiles especies orgánicas, puesto que las someten a un constante y directo bombardeo de radiación ultravioleta y corpuscular de alta energía.

Todo parecía estar tomando forma. Las distintas evidencias encajaban en su lugar: los aminoácidos podrían haber existido desde mucho antes que la formación de las estrellas ocurriera, podrían formarse en las capas de hielo de asteroides y cometas y necesitarían un empujón energético para su formación. Sin embargo, en noviembre de 2020, el equipo de trabajo de Sergio Ioppolo, del Laboratorio de Astrofísica del Observatorio Leiden, encontró que uno de estos ingredientes podría estar sobrando en la receta para preparar aminoácidos en el medio interestelar.

La presencia de glicina embebida en las partículas de hielo sublimado de las colas de los cometas representó el inicio de las investigaciones del equipo de Sergio Ioppolo; al sublimarse, el hielo pasaría de un estado sólido a un estado gaseoso sin ser líquido, debido a las nulas presiones atmosféricas del espacio. Esto implicaría que la glicina depositada en las capas profundas de hielo de los cometas no sería alterada por radiación térmica o fotónica. A esto sumó que la influencia de radiación y otros procesos energéticos también pueden alterar o, incluso, destruir moléculas como los aminoácidos. Por lo tanto, este grupo de científicas y científicos intentó buscar una respuesta a una pregunta distinta: ¿podrían formarse aminoácidos en el espacio sin la necesidad de algún empujón energético?

Para responder esta pregunta, dado que actualmente no es costeable realizar este tipo de experimentos fuera de nuestro planeta, tuvieron que simular las condiciones extremas que hay en el espacio. Utilizaron una cámara de ultravacío, con presiones atmosféricas y temperaturas extremadamente bajas, lo más cercano posible a las condiciones del medio interestelar y tratando de evitar cualquier influencia energética que alterara sus resultados.

Lo que esperaban observar era un proceso conocido como adición no energética de átomos, el cual ocurre en las regiones más profundas de las nubes de polvo cósmico, a muy bajas temperaturas (alrededor de -263°C) y sin la necesidad de algún tipo de activación energética. El ejemplo más importante de este proceso es la hidrogenación del hielo. Esto no es nada raro, puesto que el hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Los compuestos más comunes formados a partir de este proceso son el amoniaco (por la adición de átomos de hidrógeno a moléculas de nitrógeno), o incluso el agua (por la adición de átomos de hidrógeno a moléculas de oxígeno). Este tipo de procesos ocurre en la superficie de las partículas de polvo en el espacio y podría ser más común de lo que pensamos

Con esto en mente, las y los investigadores del Observatorio Leiden pusieron manos a la obra y lo que encontraron fue sorprendente: la glicina se puede formar durante la acumulación de las primeras capas de hielo que cubren los granos de polvo interestelar, lo que aparentemente es un evento típico en las regiones intermedias de los núcleos de nubes pre-estelares que darán origen a nuevas estrellas. Esto apoya la teoría de que la formación de los aminoácidos podría haber ocurrido mucho antes de lo que se imaginaban; no sólo eso, sino que también podría estar presente de manera más ubicua en el espacio y preservarse en la mayor parte del hielo antes de su inclusión en meteoritos y cometas durante la formación de planetas en discos protoplanetarios que rodean estrellas recién nacidas.

Una vez formada, la glicina pre-estelar podría convertirse en un precursor para otras moléculas orgánicas mucho más complejas, ya sea mediante procesos energéticos o no energéticos en el universo y así comenzar a formar los pequeños bloques que constituyen a las proteínas y otras muchas moléculas indispensables para la vida como la conocemos. Y, ¿quién sabe? Tal vez también para la vida que no conocemos porque, como hemos visto, la naturaleza siempre tiene todavía mucho por mostrar. Quizás a partir de este tipo de procesos se consiga construir otro tipo de moléculas que den forma a una vida muy distinta a la nuestra, en lugares muy diferentes a nuestro hogar, separados por una vasta oscuridad y un vacío inmenso que, probablemente, haga divagar a quienes se encuentren del otro lado del universo hasta llegar a un punto de no retorno, quedándose con más preguntas que respuestas, pero cada vez con una mayor certeza de que estar solos en este oscuro océano es muy poco probable.

Víctor Alí Mancilla Gaytán
Pasante de Biología en la UNAM y entusiasta de los datos curiosos.

Referencias

Altwegg, K., Balsiger, H., Bar-Nun, A., Berthelier, J. J., Bieler, A., Bochsler, P., … & Wurz, P. (2016). “Prebiotic chemicals—amino acid and phosphorus—in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko”. Science advances 2(5), e1600285.

“Building blocks of life can form long before stars”. (2020). Recuperado el 20/12/20, de Queen Mary University of London.

Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biología. Ed. Médica Panamericana.

Ioppolo, S., Fedoseev, G., Chuang, K. J., Cuppen, H. M., Clements, A. R., Jin, M., … & Linnartz, H. (2020). “A non-energetic mechanism for glycine formation in the interstellar medium”. Nature Astronomy, 1-9.

Maté, B., Tanarro, I., Escribano, R., Moreno, M. A., & Herrero, V. J. (2015). “Stability of extraterrestrial glycine under energetic particle radiation estimated from 2 keV electron bombardment experiments”. The Astrophysical Journal, 806(2), 151.