El papel de los impactos de cometas y meteoritos en la generación de moléculas necesarias para la vi
- Sociedad Científica de Astrobiología del Perú
- 25 ago 2015
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Existen dos noticias muy importantes de química prebiótica que abordaremos hoy acerca del impactos de cometas (Figura 1) o asteroides y como este proceso puede dar lugar a compuestos como pequeños polímeros de aminoacidos o bases nitrogenadas, esta ultimas constitutivas del ADN de los seres vivos. Comprender los procesos quimicos que ocurren cuando un objeto ingresa a la Tierra u otro planeta o satélite del Sistema solar despierta mucho la curiosidad sobre cuáles son los cambios que ocurren allí y cual habria sido su papel en el desarrollo de la via en la Tierra primitiva
Polímeros pequeños de alanina y glicina en el impacto de cometas
La Dra. Haruna Sugahara de la Agencia Japonesa para la las Ciencias Marinas y la Tecnología en Yokahama y el Dr. Koichi Mimura de la Universidad de Nagoya han simulado los impactos de los cometas para estudiar las reacciones químicas que experimentan los aminoácidos que se encuentra presentes en ellos. Su trabajo fue publicado en Mayo del 2015 en la revista Icarus [2].
Figura 1. Cometa C/2006 P1 McNaught, el Gran cometa del 2007, como fue visto desde Swift’s Creek, Victoria, Australia el 23 de junio del 2007. Creditos: Fir0002 / Flagstaffotos / Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0.
En su estudio se usa como un cometa modelo una mezcla de silicatos (Fosferita, Mg2SiO4), hielo y alanina (un aminoácido tanto en la configuración L como la D ) . El impacto fue simulado mediante un potente propelente bajo condiciones criogénicas (temperatura del nitrógeno líquido de -196 °C). La presión del choque lograda fue de 4.8 a 25.8 GPa **(aproximadamente 250 000 mil veces la presión atmosférica). Los resultados indican que es posible la síntesis de pequeños péptidos lineales (oligopeptidos) de alanina como cadenas de tres o dos alaninas o moléculas cíclicas de tres alanina (Figura 2). En estudios anteriores los investigadores usan también la glicina y encuentran resultados similares a los actuales. Como comentan los investigadores, no se logró simular todas las condiciones del ingreso de los cometas como el tipo de choque del cometa (choque simple de compresión o un múltiple coque de compresión) y la distribución de compresión dentro del cometa simulado que se realizar en un siguiente trabajo según informan ** [2].
Figura 2. Productos de la reacción de la alanina en la simulacion del impacto de un cometa.
Los resultados no mostraron una estereoselectividad , es decir, una preferencia hacia la reacción por alguno de los isómeros que presenta la alanina (D-alanina o L-alanina). Encontrar una reacción selectiva con los aminoácidos L significara lograr producir un péptido con solo un isómero como sucede en la naturaleza (Figura 3).
figura 3. Aminoacidos L y D- Alanina. Ellos son isomeros opticos. Uno es el reflejo del otro pero no pueden superponerse. La naturaleza prefiere la L-alanina en la sintesis de las proteinas.
Los investigadores señalan que este proceso no necesariamente seria propio de la Tierra. Así, las lunas de Jupiter y Saturno, Europa y Enceladus respectivamente, también pudieron sufrir los procesos de polimerización de los aminoácidos presentes en los cometas. [2]
¿Cuánta cantidad de oligopeptidos pudieron haber llegado a la Tierra primitiva? Sugahara y colegas calculan que durante el Bombardeo Pesado Tardío la Tierra habría contenido alrededor de 100 picomoles por litro de oligonucleótidos de alanina , una concentración más alta que las formaciones de oligoptidos que se dan en las fuentes hidrotermales y comprables a las que se dan por las tormentas en la atmosfera.
En base a su trabajo, la Dra. Sugahara ganó el prestigio premio Geochemical Journal Award de la Sociedad Geológica de Japon [3]
Por primeras vez se sintetizan nucleobases en condiciones simuladas del impacto de meteoritos
Imagen esqeumatica del impacto de meteoritos y la fomación de las nucleobases. Creditos : Dra. Yoshihiro Furukawa
Yoshihiro Furukawa y colaboradores de la Universidad de Tahoku en Japon han reportado este 24 de julio en la revista Earth and Planetary Science Letters la formación simultanea de nucleobases (citosina y uracilo) encontradas en el AND y ARN, varios aminoácidos presentes en proteínas (glicina, alanina, serina, acido aspártico, acido glutámico, valina, leucina, isoleucina y priolina ) , aminoácidos no proteicos, y aminas alifáticas en experimentos simulando las reacciones inducidas por el impacto de objetos extraterrestres en los océanos primitivos.
En el trabajo de los investigadores se ha asumido altas concentraciones de CO2 en la atmosfera Hadeana lo cual significaría una alta concentración de bicarbonatos en los océanos primitivos. Además, el amoniaco puede ser formado a través de la reducción de las especies de nitrógeno en los océanos, corteza y el los mismas objetos que impactan. La utilización de esta fuente de carbón y nitrógeno post el impacto podría haber dado lugar a muchos compuestos clave importantes para la vida [4].
El hierro y níquel metálicos, la magnetita y la forsterita( silicato de magnesio, Mg2SiO2) son usados como modelos de los meteoritos. Una combinación adecuada de ellos permite simular meteoritos de hierro, meteoritos representativos de condritos ordinarios o meteoritos representativos de condritos carbonaceos.
Se encuentra que el hierro metálico sufre un proceso de oxidación indicando que este material también participa de la reacción como un reductor (entrega electrones) y catalizador (acelera las reacciones) y permite la reducción del bicarbonato a otras especies orgánicas [4].
El estudio señala que en el choque se llegan picos de temperatura de 1500 K . Como esa temperatura excede las temperaturas de estabilidad de los aminoácidos o de las bases nitrogenadas se postula que la reacción de formación de dichos compuestos se habría dado posteriormente al impacto [4].
Como se mencionó un tema abordado por el artículo es la presencia de amoniaco en la atmosfera primitiva y como esta se hubiera acumulado en los océanos. Ellos presentan alternativas de generación como la reducción de compuestos como el N2 y los óxidos de nitrógeno en los océanos primitivos, reacción catalizada por los sulfuros de hierro o también por la reacción de los meteoritos en una atmosfera primitiva rica en nitrógeno.
Importancia Astrobiologica
Estos hallazgo sugiere que los impactos de cometas y asteroides pueden haber desempeñado un papel importante en el suministro de péptidos o nucloebases a la Tierra primitiva y han contribuido a los orígenes de la vida. Por otra parte, también es posible que estos compuestos organicos hayas sido suministrados por impactos de los cometas a cuerpos extraterrestres debido a que los impactos de cometas son un fenómeno omnipresente en el Sistema Solar. Los satélites helados de Júpiter y Saturno (Europa y Encelado) son uno buenos ejemplos, teniendo en cuenta sus composiciones e historias de bombardeo de cometas. Además, sus entornos actuales, es decir, la existencia de los océanos y las fuentes de energía, sugieren la posibilidad de una mayor evolución de estos péptidos derivados de cometas en los océanos subsuperficiales debajo de su caparazón de hielo [2].
** Se ha calculado que los cometas al entrar en la Tierra con velocidades de 24 km/ s generarían presiones de choque de alrededor de 200GPa. Por condiciones experimentales en el estudio del Dr. Sugahara este estudio solo se pudo llegar al valor máximo de 25.8 GPa, mientras que en el estudio del Dr. Furukawa se logró una velocidad de 0.9 Km/s. Se espera que una mayor velocidad pudiera haber dado lugar a una mayor producción de compuestos orgánicos
Glosario astrobiológico
Química Prebiotica
Química prebiótica es el estudio de la síntesis abiótica de compuestos orgánicos que pueden haber sido necesarios para el origen de la vida. Aunque muchas síntesis que ahora se consideran los procesos prebióticos probables, tales como la síntesis de Strecker, se demostraron en el siglo XIX, algunos experimentos se llevaron a cabo con la intención expresa de demostrar cómo los compuestos orgánicos podrían haber formado en ambientes primitivos hasta la década de 1950, a partir de con la obra de Calvino y compañeros de trabajo, pero más notablemente por Stanley Miller. Esta sigue siendo un área permanente de investigación.
Bombardeo Pesado Tardío:
El término Bombardeo Pesado Tardío (o LHB en inglés) corresponde a una elevada frecuencia de colisiones que afectó al sistema solar interior entre 4.0 y 3.8 billones de años. La Tierra no conserva rastro de estos grandes impactos, pero se pueden encontrar en la superficie la Luna y otros planetas como Marte en forma de cráteres.
Aminoácidos
Los aminoácidos son moléculas orgánicas que contienen al menos un grupo amino primario (NH2) y un grupo carboxilo (COOH). La fórmula general para los aminoácidos con cadenas laterales de alquilo que tienen un grupo amino y un grupo carboxilo, conocidos como ácidos alcanoicos aminoácidos, es CnH2nNH2COOH.
Catalizador
En química, los catalizadores son compuestos que modifican la velocidad de una reacción, pero no se consumen en la reacción, tal como un reactivo lo haría. En un sentido general, cualquier cosa que aumenta la velocidad de un proceso es un "catalizador", un término que se deriva de la palabra griega καταλύειν , que significa disolver o aflojar. Los catalizadores pueden ser metales, superficies minerales, enzimas, o ribozimas, moléculas orgánicas pequeñas, entre otras posibilidades.
Nucleobases
Una base de ácido nucleico (o nucleobase) es un compuesto de nitrógeno heterocíclico, que sirve como el monómero informacional de los ácidos ribonucleicos (ARN) y ácidos desoxirribonucleico (ADN), los biopolímeros responsables para el almacenamiento y transmisión de la información genética.. Las bases de ácidos nucleicos primarios son adenina, citosina, guanina, timina y uracilo. Bases de ácido nucleico menores / modificados también se encuentran en el ARN y el ADN. Las bases de ácidos nucleicos son componentes del ARN, ADN, y coenzimas, y se distribuyen ampliamente en la naturaleza.
Referencias
1. Dr. Henderson James Cleaves II, Encyclopedia of Astrobiology: Prebiotic Chemistry [En linea] Francia:Springer, c2011-2015 [Citado el 24 de agosto del 2015] Disponible en: http://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-3-642-11274-4_1263
3. Drew Steen, How comet impacts may have formed the building blocks of early life, EAG Blog[En linea] EE.UU: EAG, c2015 [Citado el 24 de agosto del 2015] Disponible en: http://blog.eag.eu.com/general/how-comet-impacts-may-have-formed-the-building-blocks-of-earlylife/
4. Yoshihiro Furukawa y Col., Nucleobase and amino acid formation through impacts of meteorites on the early ocean, Earth and Planetary Science Letters (2015) doi:10.1016/j.epsl.2015.07.049
5. Philippe Claeys, Alessandro Morbidelli, Encyclopedia of Astrobiology: Late Heavy Bombardment [En linea] Francia:Springer, c2011-2015 [Citado el 24 de agosto del 2015] Disponible en: http://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-642-11274-4_869
6.Jeffrey Bada, Encyclopedia of Astrobiology: Amino acid [En linea] Francia:Springer, c2011-2015 [Citado el 24 de agosto del 2015] Disponible en: http://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-642-11274-4_62
7. Dr. Henderson James (Jim) Cleaves II, Encyclopedia of Astrobiology: Catalyst [En linea] Francia:Springer, c2011-2015 [Citado el 24 de agosto del 2015] Disponible http://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-642-11274-4_246
8. Michael P. Callahan, Encyclopedia of Astrobiology:Nucleic Acid Base [En linea] Francia:Springer, c2011-2015 [Citado el 24 de agosto del 2015] Disponible http://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-642-11274-4_1080