Los primeros componentes básicos de la vida en la Tierra pueden haberse formado gracias a las erupciones de nuestro sol, según encuentra un nuevo estudio.
por Miles Hatfield, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Una serie de experimentos químicos muestran cómo las partículas solares , al chocar con los gases de la atmósfera primitiva de la Tierra, pueden formar aminoácidos y ácidos carboxílicos, los componentes básicos de las proteínas y la vida orgánica. Los hallazgos fueron publicados en la revista Life .
Para comprender los orígenes de la vida, muchos científicos intentan explicar cómo se formaron los aminoácidos, las materias primas a partir de las cuales se formaron las proteínas y toda la vida celular. La propuesta más conocida se originó a fines del siglo XIX cuando los científicos especularon que la vida podría haber comenzado en un «pequeño estanque cálido»: una sopa de productos químicos, energizada por rayos, calor y otras fuentes de energía , que podrían mezclarse en cantidades concentradas para formar moléculas orgánicas.
En 1953, Stanley Miller de la Universidad de Chicago intentó recrear estas condiciones primordiales en el laboratorio. Miller llenó una cámara cerrada con metano, amoníaco, agua e hidrógeno molecular (gases que se cree prevalecían en la atmósfera primitiva de la Tierra) y encendió repetidamente una chispa eléctrica para simular un rayo. Una semana después, Miller y su asesor de posgrado, Harold Urey, analizaron el contenido de la cámara y descubrieron que se habían formado 20 aminoácidos diferentes.
«Esa fue una gran revelación», dijo Vladimir Airapetian, astrofísico estelar del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y coautor del nuevo artículo. «A partir de los componentes básicos de la atmósfera de la Tierra primitiva, puedes sintetizar estas moléculas orgánicas complejas».
Pero los últimos 70 años han complicado esta interpretación. Los científicos ahora creen que el amoníaco (NH 3 ) y el metano (CH 4 ) eran mucho menos abundantes; en cambio, el aire de la Tierra estaba lleno de dióxido de carbono (CO 2 ) y nitrógeno molecular (N 2 ), que requieren más energía para descomponerse. Estos gases aún pueden producir aminoácidos, pero en cantidades muy reducidas.
Buscando fuentes de energía alternativas, algunos científicos señalaron las ondas de choque de los meteoritos entrantes. Otros citaron la radiación ultravioleta solar. Airapatian, utilizando datos de la misión Kepler de la NASA, señaló una nueva idea: partículas energéticas de nuestro sol.
La energía de nuestro joven sol, hace 4 mil millones de años, ayudó a crear moléculas en la atmósfera de la Tierra que permitieron que se calentara lo suficiente como para incubar vida. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Genna Duberstein
Kepler observó estrellas lejanas en diferentes etapas de su ciclo de vida, pero sus datos brindan pistas sobre el pasado de nuestro sol. En 2016, Airapetian publicó un estudio que sugería que durante los primeros 100 millones de años de la Tierra, el sol era un 30 % más oscuro. Pero las «super llamaradas» solares, erupciones poderosas que solo vemos una vez cada 100 años más o menos en la actualidad, habrían estallado una vez cada 3 a 10 días. Estas superllamaradas lanzan partículas a una velocidad cercana a la de la luz que colisionarían regularmente con nuestra atmósfera, iniciando reacciones químicas.
«Tan pronto como publiqué ese artículo, el equipo de la Universidad Nacional de Yokohama de Japón se puso en contacto conmigo», dijo Airapetian.
El Dr. Kobayashi, profesor de química allí, pasó los últimos 30 años estudiando la química prebiótica. Estaba tratando de entender cómo los rayos cósmicos galácticos (partículas entrantes desde fuera de nuestro sistema solar) podrían haber afectado la atmósfera de la Tierra primitiva. “La mayoría de los investigadores ignoran los rayos cósmicos galácticos porque requieren equipo especializado, como aceleradores de partículas”, dijo Kobayashi. «Tuve la suerte de tener acceso a varios de ellos cerca de nuestras instalaciones». Ajustes menores a la configuración experimental de Kobayashi podrían poner a prueba las ideas de Airapatian.
Airapetian, Kobayashi y sus colaboradores crearon una mezcla de gases que coincidían con la atmósfera de la Tierra primitiva tal como la entendemos hoy. Combinaron dióxido de carbono , nitrógeno molecular, agua y una cantidad variable de metano. (La proporción de metano en la atmósfera primitiva de la Tierra es incierta, pero se cree que es baja). Dispararon las mezclas de gases con protones (simulando partículas solares) o las encendieron con descargas de chispas (simulando relámpagos), replicando el experimento de Miller-Urey para comparar.
Un primer plano de una erupción solar, que incluye una llamarada solar, una eyección de masa coronal y un evento de partículas energéticas solares. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Siempre que la proporción de metano fuera superior al 0,5%, las mezclas disparadas por protones (partículas solares) producían cantidades detectables de aminoácidos y ácidos carboxílicos. Pero las descargas de chispas (rayos) requerían alrededor de un 15% de concentración de metano antes de que se formaran los aminoácidos.
«E incluso con un 15% de metano, la tasa de producción de aminoácidos por rayos es un millón de veces menor que por protones», agregó Airapetian. Los protones también tendían a producir más ácidos carboxílicos (un precursor de los aminoácidos) que los encendidos por descargas de chispas.
En igualdad de condiciones, las partículas solares parecen ser una fuente de energía más eficiente que los rayos. Pero todo lo demás probablemente no era igual, sugirió Airapetian. Miller y Urey asumieron que los rayos eran tan comunes en la época del «pequeño estanque cálido» como lo son hoy. Pero los relámpagos, que provienen de las nubes de tormenta formadas por el aire cálido ascendente, habrían sido más raros bajo un sol un 30% más oscuro.
«Durante las condiciones de frío, nunca hay relámpagos, y la Tierra primitiva estaba bajo un sol bastante tenue», dijo Airapetian. «Eso no quiere decir que no pueda haber venido de un rayo, pero ahora parece menos probable que sea un rayo, y las partículas solares parecen más probables».
Estos experimentos sugieren que nuestro joven sol activo podría haber catalizado los precursores de la vida más fácilmente, y quizás antes, de lo que se suponía anteriormente.
Más información: Kensei Kobayashi et al, Formación de aminoácidos y ácidos carboxílicos en atmósferas planetarias débilmente reductoras por partículas de energía solar del sol joven, Life (2023). DOI: 10.3390/vida13051103
