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Las condritas carbonáceas: catalizadoras del origen de la vida

Las condritas carbonáceas: catalizadoras del origen de la vida

Hemos descubierto que una clase de meteoritos, conocidos como condritas carbonáceas, poseen unas propiedades catalizadoras sorprendentes y desconocidas en cualquier otra roca. Sus minerales son capaces de sintetizar, en disolución acuosa y en presencia de formamida, compuestos orgánicos claves en la química prebiótica. Tales propiedades catalizadoras apuntan al papel fundamental de tales meteoritos en el origen de la vida en el universo y a la posible ubicuidad de la vida orgánica, incluso en nuestro sistema planetario.

La clase de meteoritos conocidos como condritas carbonáceas ya han sido foco de atención en mi blog de Meteoritos y Ciencias Planetarias y ahora me permito retomar el hilo a la luz de uno de los descubrimientos más emocionantes de mi carrera. No cabe duda que, históricamente, estas rocas que suelen contener entre un 1 y un 4% en masa de carbono han despertado gran curiosidad científica. El estudio del contenido orgánico de estos meteoritos ya fascinó a químicos de la talla del sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) que estudió Alais, o el alemán Friedrich Wöhler (1800-1882) que estudio el meteorito Kaba. La presencia de materia orgánica resultó tan fascinante como controvertida pues muchos pensaron que surgía como resultado de la contaminación terrestre. La demostración inequívoca de su origen extraterrestre fue precisamente consecuencia de la carrera espacial motivó el desarrollo de salas blancas en los que estudiar las rocas lunares y… ¡los meteoritos! Precisamente en los años setenta el célebre bioquímico Joan Oró pudo estudiar desde la Universidad de Houston el extraordinario contenido químico de la condrita carbonácea Murchison, recuperada de una caída ocurrida en Australia en 1969 (Oró et al., 1971). Sospechábamos que esos compuestos surgían de la interacción del agua que empapó tales asteroides pero cabía realizar experimentos detallados para comprobarlos (Trigo-Rodríguez, 2015)

Ayer presentamos un nuevo estudio (Rotelli et al., 2016) en el que demostramos las propiedades catalizadoras sorprendentes y desconocidas de estas rocas cuya formación antecede en decenas de millones de años la de nuestra Tierra. Resulta que los minerales que forman las condritas carbonáceas son capaces de sintetizar, en disolución acuosa y en presencia de formamida, compuestos orgánicos claves en la química prebiótica (Fig. 1). Tales propiedades catalizadoras son desconocidas en otras rocas de la Tierra u otros cuerpos planetarios del sistema solar por lo que apunta al papel fundamental de tales meteoritos en el origen de la vida en el universo.

Fig.1

Fig. 1. Esquema sintetizando los compuestos orgánicos catalizados por una selección de condritas carbonáceas en presencia de agua y formamida (véase la Tabla 1 del artículo original para más detalles). La condrita carbonácea que se muestra es una de ellas (GRO 95551) en una foto de NASA (Adaptado de Rotelli et al., 2016)

Para desvelar tales propiedades únicas realizamos una selección propia de condritas carbonáceas procedentes de la colección Antártica de la NASA. Varios chips y láminas delgadas de tales meteoritos llegaron desde la NASA al Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) de Barcelona en donde fueron analizados y seleccionados para comprender, a partir de ciertos experimentos en presencia de agua y formamida realizados en la Università degli Studi della Tuscia por el equipo del eminente químico Prof. Raffaele Saladino, el origen y la naturaleza de los compuestos orgánicos que forman parte de la matriz que compacta tales meteoritos que proceden tanto de asteroides como, posiblemente, de cometas.

DESVELANDO LOS PRIMEROS PASOS HACIA EL ORIGEN DE LA VIDA

Nuestro estudio culmina más de una década de investigación sobre el papel del agua que empapó los cuerpos progenitores de las condritas carbonáceas, tal y como he descrito anteriormente (Trigo-Rodríguez, 2012). En 2003 comencé mi especialización en estos meteoritos en el marco de un proyecto postdoctoral en el Centro de Astrobiología y el Instituto de Geofísica y Física Planetaria (IGPP) de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA). El proyecto estaba orientado a comprender los procesos de transporte del agua y la materia orgánica a la Tierra, todo un reto partiendo de la base de que nuestro planeta se formó a altas temperaturas y sus materiales rocosos guardan una mayor similitud con las condritas de enstatita o incluso las condritas ordinarias que suelen carecer de agua debido al calentamiento que le confirió su mayor tamaño (del orden de varios cientos de km de diámetro). Sin embargo las condritas carbonáceas suelen representar estadios más primigenios dado que proceden de objetos pequeños que apenas han sufrido alteración térmica por metamorfismo, algo que afecta más a asteroides de cientos de km de diámetro. Esto hace que sus minerales sean mucho más reactivos en presencia de agua (Trigo-Rodríguez, 2015).

Estos estudios están realizados en el marco de nuestros dos últimos proyectos AYA del Plan Nacional de Excelencia Científica (AYA2011-26522 y AYA2015-67175-P) que buscan el estudio de las propiedades físico-químicas de los meteoritos más prístinos conocidos hasta la fecha.

¿POR QUÉ LAS CONDRITAS CARBONÁCEAS?

Las condritas son meteoritos no diferenciados, un legado fósil de la creación de los planetesimales, que nos aportan información sobre los procesos de agregación de los primeros bloques formativos de los planetas pero también de todo lo que en su interior aconteció poco después de su formación. Ciertas condritas carbonáceas revelan que sus asteroides progenitores estuvieron empapados en agua prácticamente unos 50 millones de años antes de formarse la Tierra. Los minerales de las condritas son muy reactivos dado que contienen silicatos, metales y sulfuros que en presencia de agua desencadenan la formación de otros minerales secundarios. Tales procesos sintetizan compuestos orgánicos, tal y como se sospechaba por los componentes de la matriz y como hemos ahora demostrado en nuestro estudio (Rotelli et al., 2016).

Fig. 2

Figura 2. El asteroide (253) Mathilde por sus dimensiones de 66×48×46 km3 y sus propiedades físicas y reflectivas se piensa pueda ser representativo de los asteroides no diferenciados progenitores de condritas carbonáceas (Near-Shoemaker/NASA)

Los procesos de alteración por agua de los minerales primigenios de esas condritas promovieron la síntesis de moléculas orgánicas complejas en aquellos asteroides que, al alcanzar otros planetas, habrían abonado sus superficies con tales compuestos prebióticos. Sin embargo, el tránsito de un asteroide a una superficie planetaria conlleva la formación de una bola de fuego y la fragmentación de la condrita en la atmósfera de un planeta. Hace un tiempo se demostró que algunos compuestos orgánicos pueden sobrevivir a esos procesos pero aun así cabía demostrar que el polvo fino que sí suele sobrevivir podría ejercer de nuevo su papel catalizador tras alcanzar la superficie de un planeta. Eso ha significado la razón de ser nuestros experimentos en Tuscia (Italia): la llegada de las condritas suele ser tan brusca que causa la fragmentación de estos meteoritos por lo que nos decidimos a desarrollar experimentos capaces de sintetizar la materia orgánica a partir de los minerales de las condritas, una vez llegan al suelo y sin que necesariamente sobrevivan los compuestos orgánicos primigenios.

NUESTROS EXPERIMENTOS Y SUS IMPLICACIONES

Partiendo pues de la base conceptual de que las condritas carbonáceas perdiesen toda su materia orgánica y caen en un entorno en el que están expuestos a agua y formamida. Esta última es la más sencilla de las amidas y se encuentra en múltiples entornos de formación estelar. El equipo de Raffaele Saladino en la Universidad de Tuscia está especializado en el estudio de compuestos orgánicos y pudo limpiar de materia orgánica a las condritas bajo estudio.

Entre los meteoritos que decidimos investigar se encontraban los meteoritos ALH 84028, EET 92042, MIL 05024, LAR 04318, GRO 95551, and GRO 95566, representativos de varios grupos de condritas carbonáceas e incluso de algunas todavía sin agrupar químicamente (o sea que se conocen uno o pocos ejemplares con sus composiciones peculiares y distinguibles). Los chips llegados desde el Johnson Space Center de la NASA fueron pulverizados en un mortero, tratados para eliminar cualquier signo de materia orgánica y puestos en contacto con agua y formamida. Se escogieron para los experimentos aguas termales y marinas a 140 °C previamente filtradas para evitar cualquier contaminación u organismos vivos. Completar el estudio ha requerido tres años desde que se idearon los experimentos en el marco del proyecto Marco Polo que ha vuelto a proponerse a la Agencia Europea del Espacio (ESA).

Los resultados de los experimentos nos emocionaron pues apuntan a que estos meteoritos poseen unas propiedades catalizadoras desconocidas en otras rocas terrestres. Los minerales que forman las condritas carbonáceas son capaces de sintetizar ácidos carboxílicos de creciente complejidad (1-13 en Fig. 1), aminoácidos (23-25) y todas las bases nitrogenadas que conforman el ácido ribonucleico (ARN) que se considera precursor del primer organismo vivo: citosina (el bioisostero isocitocina, 18), guanina (16), adenina (15) y uracilo (14).

Nuestro trabajo también apunta a la importancia del ciclo de Krebs cuyo papel prebiótico ha sido promulgado para explicar la fijación de óxidos de carbono en la atmósfera primitiva de la Tierra. Por si fuera poco, entre los productos orgánicos catalizados destaca la aparición de glicina (23, véase Fig. 1), N-formilglicina (24) y alanina (25). La evidencia sugiere que surgen en una síntesis a partir de la formamida del tipo Strecker. A partir de la formilglicina, mediante un proceso denominado formilación, se generan la urea (26) y la guanidina (27) observadas.

Por todo ello, quizás estemos ante el descubrimiento de los procesos químicos claves en los primeros pasos hacia la complejidad de la materia orgánica en el universo. Esa es la razón de que hayamos dedicado este trabajo al Prof. Joan Oró como pionero indiscutible en apuntar el papel de estos materiales en el origen de la vida. Cierto que todavía estamos lejísimos de descubir como surge la vida pero esperamos que nuestro estudio anime a los jóvenes a emprender estudios de astrobiología y sirva para desvelar que estamos en el buen camino de comprender los procesos básicos para sobre el orígen de la complejidad química de la que probablemente surgió. Además nuestro estudio apunta que esas fases de hidratación posiblemente marcaron las etapas tempranas de asteroides y cometas, siendo un punto de partida para el enriquecimiento en compuestos orgánicos de diferentes lugares de nuestro sistema planetario. Ciertamente el hecho de que las condritas posean estas propiedades de reproducir en breve plazo su contenido en compuestos orgánicos complejos y tan afines a los invocados para el origen de la vida es una nueva prueba de la importancia de estos materiales. Recordemos que estos meteoritos también poseen excesos de aminoácidos levógiros como encontramos en la materia viva (Trigo-Rodríguez, 2012 y referencias allí indicadas). La participación de esos materiales en entornos con una disolución acuosa que contenga formamida se plantea también factible en las superficies de cuerpos planetarios, no tan sólo en la Tierra.

Fig. 3

Figura 3. El ciclo cósmico que surge con la síntesis de elementos pesados en las estrellas tiende a incrementar progresivamente la complejidad con ayuda de la química orgánica (NASA)

Y COMO FASCINANTE CONTINUARÁ…

Así pues, nuestro estudio apunta que, incluso si las condritas fuesen pulverizadas y perdiesen sus compuestos orgánicos durante la fase de deceleración y ablación en la atmósfera, aquellos minerales que alcanzasen una superficie planetaria y fuesen calentados en presencia de agua y de formamida estarían en condiciones de reproducir los compuestos orgánicos que se antojan fundamentales en la química prebiótica. Nosotros estimamos que el flujo de material meteorítico alcanzando la Tierra durante el periodo Arcaico fueron 5-6 órdenes de magnitud el presente, es decir, totalizando alrededor de un billón de toneladas al año (Trigo-Rodríguez et al., 2004). Eso apuntaría a una vida abonada desde el exterior que se podría por tanto dar en cualquier rincón de nuestro sistema solar, y por ende del universo, en donde las condiciones fuesen propicias para mantener agua líquida durante un tiempo razonable. Por todo ello otros cuerpos planetarios que fueron o siguen siendo ricos en agua, tales como Marte, Europa y Titán son excelentes candidatos a nuestra búsqueda de otras formas de vida.

BIBLIOGRAFÍA

Oró, J.; Gibert, J.; Lichtenstein, H.; Wikstrom, S.; Flory, D. A. (1971)
Amino-acids, Aliphatic and Aromatic Hydrocarbons in the Murchison Meteorite. Nature 230, 105-106.

Rotelli, L. Trigo-Rodríguez, J.M., Moyano-Cambero, C.E., Carota, E., Botta, L., Di Mauro, E. y Saladino, R. (2016) The key role of meteorites in the formation of relevant prebiotic molecules in a formamide/water environment. Sci. Rep. 6, 38888; doi: 10.1038/srep38888. OPEN ARTICLE

Trigo Rodríguez J.M. (2012) Las raíces cósmicas de la vida. Colección El espejo y la lámpara. Ediciones UAB, Barcelona, ISBN: 978-84-939695-2-3, 241 págs.

Trigo-Rodríguez J.M. (2015) Aqueous alteration in chondritic asteroids and comets from the study of carbonaceous chondrites. En: Planetary Mineralogy, EMU Notes in Mineralogy Vol. 15, capítulo 3, págs. 67-87.

Trigo-Rodríguez J.M., Llorca, J. y Oró, J. (2004) Chemical abundances determined from meteor spectroscopy: Implications to the Earth enrichment. En Life in the Universe: from the Miller experiment to the search for life in other worlds. Seckbach J., Chela-Flores J., Owen T. y Raulin F. (editores), Kluwer Publishers, Dordrecht, Holanda, págs. 201-204.

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