Hace alrededor de 4 mil millones de años, la Tierra era un lugar inhóspito, desprovisto de oxígeno, lleno de erupciones volcánicas y bombardeado por asteroides, sin signos de vida ni siquiera en las formas más simples. Pero en algún lugar en medio de este período caótico, la química de laLa Tierra se volvió a favor de la vida, dando lugar, aunque de manera improbable, a los primeros organismos del planeta.
¿Qué provocó este punto de inflexión crítico? ¿Cómo se reunieron los organismos vivos en un mundo tan volátil? ¿Y cuáles fueron las reacciones químicas que produjeron los primeros aminoácidos, proteínas y otros componentes básicos de la vida? Estas son algunas de las preguntas que los investigadoresse han intrigado durante décadas tratando de reconstruir los orígenes de la vida en la Tierra.
Ahora los científicos planetarios del MIT y el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica han identificado ingredientes clave que estaban presentes en grandes concentraciones en el momento en que aparecieron los primeros organismos en la Tierra.
Los investigadores descubrieron que una clase de moléculas llamadas aniones sulfídicos puede haber sido abundante en los lagos y ríos de la Tierra. Calculan que, hace unos 3.900 millones de años, los volcanes en erupción emitieron enormes cantidades de dióxido de azufre a la atmósfera, que finalmente se asentaron y disolvieronen el agua como aniones sulfídicos, específicamente sulfitos y bisulfitos. Estas moléculas probablemente tuvieron la oportunidad de acumularse en aguas poco profundas como lagos y ríos.
"En lagos poco profundos, descubrimos que estas moléculas habrían sido una parte inevitable del medio ambiente", dice Sukrit Ranjan, un postdoctorado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. "Ya sea que fueran parte integral del origen de la vida esalgo que estamos tratando de resolver "
El trabajo preliminar de Ranjan y sus colaboradores sugiere que los aniones sulfídicos habrían acelerado las reacciones químicas necesarias para convertir moléculas prebióticas muy simples en ARN, un componente genético de la vida.
"Antes de este trabajo, la gente no tenía idea de qué niveles de aniones sulfídicos estaban presentes en las aguas naturales de la Tierra primitiva; ahora sabemos lo que eran", dice Ranjan. "Esto cambia fundamentalmente nuestro conocimiento de la Tierra primitiva y ha tenidoimpacto en estudios de laboratorio del origen de la vida "
Ranjan y sus colegas publicaron sus resultados hoy en la revista Astrobiología .
Configuración de la etapa temprana de la Tierra
En 2015, los químicos de la Universidad de Cambridge, liderados por John Sutherland, coautor del estudio actual, descubrieron una forma de sintetizar los precursores del ARN utilizando solo cianuro de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y luz ultravioleta: todos los ingredientesque se cree que estuvieron disponibles en la Tierra primitiva, antes de la aparición de las primeras formas de vida.
Desde el punto de vista de la química, el caso de los investigadores fue convincente: las reacciones químicas que llevaron a cabo en el laboratorio superaron desafíos químicos de larga data, para dar vida a los componentes genéticos con éxito. Pero desde el punto de vista de la ciencia planetaria, no estaba clarosi tales ingredientes habrían sido lo suficientemente abundantes como para impulsar los primeros organismos vivos.
Por ejemplo, los cometas pueden haber tenido que llover continuamente para traer suficiente cianuro de hidrógeno a la superficie de la Tierra. Mientras tanto, el sulfuro de hidrógeno, que habría sido liberado en grandes cantidades por las erupciones volcánicas, habría permanecido principalmente en la atmósfera, ya que la moléculaes relativamente insoluble en agua y, por lo tanto, no habría tenido oportunidades regulares de interactuar con el cianuro de hidrógeno.
En lugar de abordar el rompecabezas de los orígenes de la vida desde una perspectiva química, Ranjan lo miró desde una perspectiva planetaria, intentando identificar las condiciones reales que podrían haber existido en la Tierra primitiva, alrededor del tiempo en que aparecieron los primeros organismos.
"El campo de los orígenes de la vida ha sido dirigido tradicionalmente por químicos, que intentan descubrir las vías químicas y ver cómo la naturaleza podría haber operado para darnos los orígenes de la vida", dice Ranjan. "Hacen un trabajo realmente excelente".de eso. Lo que no hacen con tanto detalle es que no preguntan cuáles eran las condiciones en la Tierra primitiva como antes de la vida. ¿Podrían haber sucedido los escenarios que invocan? No saben tanto cuál es el escenario.estaba."
Arrancando los ingredientes para la vida
En agosto de 2016, Ranjan dio una charla en la Universidad de Cambridge sobre el vulcanismo en Marte y los tipos de gases que habrían sido emitidos por tales erupciones en la atmósfera sin oxígeno del planeta rojo. Los químicos en la charla se dieron cuenta de que las mismas condiciones generales habrían ocurridoen la Tierra antes del comienzo de la vida.
"Se llevaron de esa [charla] que, en la Tierra primitiva, no tienes mucho oxígeno, pero sí tienes dióxido de azufre del vulcanismo", recuerda Ranjan. "Como consecuencia, deberías tener sulfitos. Y ellosdijo: "¿Puede decirnos qué cantidad de esta molécula habría habido?" Y eso es lo que nos propusimos restringir ".
Para hacerlo, comenzó con un modelo de vulcanismo desarrollado previamente por Sara Seager, profesora de Ciencias Planetarias de la Clase de 1941 del MIT y su ex estudiante de posgrado Renyu Hu.
"Hicieron un estudio en el que le preguntaron: 'Suponga que toma la Tierra y aumenta la cantidad de volcanismo en ella. ¿Qué concentraciones de gases obtiene en la atmósfera?'", Dice Ranjan.
Consultó el registro geológico para determinar la cantidad de vulcanismo que probablemente tuvo lugar hace unos 3.900 millones de años, alrededor del tiempo en que se cree que aparecieron las primeras formas de vida, luego buscó los tipos y concentraciones de gases que esta cantidad de vulcanismohabría producido de acuerdo con los cálculos de Seager y Hu.
Luego, escribió un modelo de geoquímica acuosa simple para calcular la cantidad de estos gases que se habrían disuelto en lagos y depósitos poco profundos, ambientes que habrían sido más propicios para concentrar reacciones formadoras de vida, en comparación con vastos océanos, donde las moléculas podríanse disipa fácilmente
Curiosamente, consultó la literatura sobre un tema bastante inesperado mientras realizaba estos cálculos: vinificación: una ciencia que implica, en parte, disolver dióxido de azufre en agua para producir sulfitos y bisulfitos en condiciones sin oxígeno similares a las de la Tierra primitiva.
"Cuando estábamos trabajando en este documento, muchas de las constantes y los datos que extrajimos eran de las revistas de química del vino, porque es donde tenemos ambientes anóxicos aquí en la Tierra moderna", dice Ranjan. "Así que tomamos aspectos dequímica del vino y preguntó: 'Supongamos que tenemos x cantidad de dióxido de azufre. ¿Cuánto de eso se disuelve en agua y luego en qué se convierte?' "
conversación cruzada comunitaria
Finalmente, descubrió que, si bien las erupciones volcánicas habrían arrojado enormes cantidades de dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno a la atmósfera, fue la primera la que se disolvió más fácilmente en aguas poco profundas, produciendo grandes concentraciones de aniones sulfídicos, en forma desulfitos y bisulfitos.
"Durante las grandes erupciones volcánicas, es posible que haya tenido hasta niveles milimolares de estos compuestos, que se trata de concentraciones a nivel de laboratorio de estas moléculas, en los lagos", dice Ranjan. "Esa es una cantidad titánica".
Los nuevos resultados apuntan a los sulfitos y bisulfitos como una nueva clase de moléculas, las que estaban realmente disponibles en la Tierra primitiva, que los químicos ahora pueden probar en el laboratorio, para ver si pueden sintetizar a partir de estas moléculas los precursores de la vida.
Los primeros experimentos dirigidos por los colegas de Ranjan sugieren que los sulfitos y los bisulfitos pueden haber alentado la formación de biomoléculas. El equipo llevó a cabo reacciones químicas para sintetizar ribonucleótidos con sulfitos y bisulfitos, en comparación con el hidrosulfuro, y descubrieron que los primeros podían producir ribonucleótidos y afinesmoléculas 10 veces más rápido que este último, y con rendimientos más altos. Se necesita más trabajo para confirmar si los aniones sulfídicos fueron de hecho ingredientes tempranos en la elaboración de las primeras formas de vida, pero ahora hay pocas dudas de que estas moléculas eran parte del medio prebiótico.
Por ahora, Ranjan dice que los resultados abren nuevas oportunidades para la colaboración.
"Esto demuestra la necesidad de que las personas de la comunidad científica planetaria y de la comunidad de los orígenes de la vida se comuniquen entre sí", dice Ranjan. "Es un ejemplo de cómo la polinización cruzada entre disciplinas realmente puede producir resultados simples pero sólidos e importantesideas "
Este trabajo fue financiado, en parte, por la Fundación Simons, a través de la Colaboración Simons en el Origen de la Vida.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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