Una serie de experimentos químicos muestra cómo las partículas solares, al chocar con los gases de la atmósfera terrestre primitiva, pueden formar aminoácidos y ácidos carboxílicos, los componentes básicos de las proteínas y la vida orgánica. Los resultados se publican en la revista Life.

Para comprender los orígenes de la vida, muchos científicos intentan explicar cómo se formaron los aminoácidos, la materia prima a partir de la cual se forman las proteínas y toda la vida celular. La propuesta más conocida se originó a finales del siglo XIX, cuando los científicos especularon con la posibilidad de que la vida hubiera comenzado en un «pequeño estanque caliente»: una sopa de sustancias químicas, energizadas 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, amoniaco, agua e hidrógeno molecular -gases que se cree que predominaban en la atmósfera primitiva de la Tierra- y encendió repetidamente una chispa eléctrica para simular un relámpago. Una semana después, Miller y su asesor Harold Urey analizaron el contenido de la cámara y descubrieron que se habían formado 20 aminoácidos diferentes.

Fue una gran revelación, afirma Vladimir Airapetian, astrofísico estelar del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Greenbelt (Maryland) y coautor del nuevo artículo. A partir de los componentes básicos de la atmósfera de la Tierra primitiva, se pueden sintetizar estas complejas moléculas orgánicas.

Una llamarada solar | foto NASA’s Goddard Space Flight Center

Pero los últimos 70 años han complicado esta interpretación. Los científicos creen ahora que el amoníaco (NH3) y el metano (CH4) eran mucho menos abundantes; en su lugar, el aire de la Tierra estaba lleno de dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno molecular (N2), que requieren más energía para descomponerse. Estos gases aún pueden producir aminoácidos, pero en cantidades muy reducidas.

En busca de fuentes de energía alternativas, algunos científicos apuntaron a las ondas de choque de los meteoritos. Otros citaron la radiación ultravioleta solar. Airapetian, utilizando datos de la misión Kepler de la NASA, apuntó a una nueva idea: las partículas energéticas de nuestro Sol.

Kepler observó estrellas lejanas en diferentes etapas de su ciclo de vida, pero sus datos ofrecen 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 tenue. Pero las “superllamaradas” solares -poderosas erupciones que hoy solo vemos una vez cada 100 años aproximadamente- habrían estallado una vez cada 3-10 días. Estas superráfagas lanzan partículas a una velocidad cercana a la de la luz que chocarían regularmente con nuestra atmósfera, desencadenando reacciones químicas.

En cuanto publiqué ese artículo, el equipo de la Universidad Nacional de Yokohama (Japón) se puso en contacto conmigo, explica Airapetian.

El Dr. Kobayashi, catedrático de química en esa universidad, había pasado los últimos 30 años estudiando la química prebiótica. Intentaba comprender cómo los rayos cósmicos galácticos -partículas procedentes del exterior de nuestro sistema solar- podrían haber afectado a la atmósfera de la Tierra primitiva. La mayoría de los investigadores ignoran los rayos cósmicos galácticos porque requieren equipos especializados, como aceleradores de partículas, explica Kobayashi. Tuve la suerte de tener acceso a varios de ellos cerca de nuestras instalaciones. Unos pequeños retoques en el montaje experimental de Kobayashi podrían poner a prueba las ideas de Airapetian.

Airapetian, Kobayashi y sus colaboradores crearon una mezcla de gases similar a la atmósfera de la Tierra primitiva tal y como la conocemos 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 era baja). Dispararon las mezclas de gases con protones (simulando partículas solares) o las encendieron con descargas de chispas (simulando relámpagos), reproduciendo el experimento de Miller-Urey para comparar.

Mientras la proporción de metano era 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 una concentración de metano de aproximadamente el 15% antes de que se formara ningún aminoácido.

E incluso con un 15% de metano, la tasa de producción de aminoácidos por los rayos es un millón de veces inferior a la de los protones, añade 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 eficaz que los rayos. Pero, según Airapetian, no todo lo demás era igual. Miller y Urey suponían que los relámpagos eran tan frecuentes en la época del «estanque caliente» como lo son hoy. Pero los relámpagos, que proceden de nubes de tormenta formadas por aire caliente ascendente, habrían sido menos frecuentes con un Sol un 30% más débil.

En condiciones de frío nunca se producen rayos, y la Tierra primitiva estaba bajo un Sol bastante tenue, dijo Airapetian. Eso no quiere decir que no pudiera provenir de un rayo, pero los rayos parecen menos probables ahora, y las partículas solares parecen más probables.

Estos experimentos sugieren que nuestro joven y activo Sol podría haber catalizado los precursores de la vida más fácilmente, y quizá antes, de lo que se suponía.

Fuentes

A Stormy, Active Sun May Have Kickstarted Life on Earth (Miles Hatfield, NASA’s Goddard Space Flight Center) | Kobayashi K, Ise J-i, et al., Formation of Amino Acids and Carboxylic Acids in Weakly Reducing Planetary Atmospheres by Solar Energetic Particles from the Young Sun. Life. 2023; 13(5):1103. doi.org/10.3390/life13051103

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