La muestra era apenas una cucharadita de polvo oscuro y precioso. Recogido de la superficie del asteroide Bennu por la nave espacial OSIRIS-REx de la NASA y entregado a la Tierra en septiembre de 2023, había viajado aproximadamente 4.600 millones de años a través del espacio hasta llegar a una mesa de laboratorio en Penn State. Y ahora, utilizando instrumentos hechos a medida lo suficientemente sensibles como para sopesar las diferencias isotópicas en la escala de picomoles, un equipo de investigadores ha extraído un secreto de esa pizca de arena que podría reescribir nuestra forma de pensar sobre los orígenes de los ingredientes más básicos de la vida.
Durante décadas, la historia predominante fue más o menos así: los aminoácidos, los componentes moleculares que se unen para formar proteínas, se ensamblaban dentro de los asteroides cuando agua líquida tibia goteaba a través de la roca, mezclando cianuro de hidrógeno, amoníaco y compuestos simples de carbono en una reacción llamada síntesis de Strecker. Es una explicación clara, bien respaldada por estudios del meteorito Murchison, una roca rica en carbono que se estrelló contra el interior de Australia en 1969 y que ha sido objeto de investigación por parte de los químicos desde entonces. Pero cuando Allison Baczynski y Ophélie McIntosh en Penn State utilizaron sus instrumentos con la glicina de Bennu, el aminoácido más simple y un marcador clave de la química prebiótica, encontraron huellas isotópicas que no encajaban en absoluto con la vieja historia.
“Nuestros resultados cambian el guión sobre cómo normalmente pensábamos que los aminoácidos se formaban en los asteroides”, dice Baczynski, profesor asistente de investigación en geociencias. “Ahora parece que hay muchas condiciones en las que se pueden formar estos componentes básicos de la vida, no sólo cuando hay agua líquida cálida”.
La pista estaba en los isótopos de carbono. En Murchison, los dos átomos de carbono de la glicina llevan firmas isotópicas sorprendentemente diferentes, una pesada y otra ligera, lo que coincide con lo que se esperaría si cada carbono proviniera de un precursor químico diferente durante la síntesis de Strecker en un ambiente acuoso. Sin embargo, la glicina de Bennu cuenta una historia diferente. Sus dos carbonos eran isotópicamente similares, dentro de la incertidumbre analítica entre sí. Ese patrón es difícil de cuadrar con la receta de agua tibia.
En cambio, el equipo plantea la hipótesis de que la glicina de Bennu se formó principalmente a través de un proceso que involucraba radiación ultravioleta destruyendo hielos que contenían agua, metanol, cianuro de hidrógeno y amoníaco, en las franjas frías y oscuras del sistema solar primitivo, mucho antes de que esos materiales fueran arrastrados hacia el cuerpo matriz del asteroide. En esta reacción radical modificada, ambos átomos de carbono en la glicina derivarían del mismo precursor (cianuro de hidrógeno), lo que explica claramente por qué sus valores isotópicos son tan similares. La idea se ve reforzada por los datos de isótopos de nitrógeno: los aminoácidos de Bennu están muy enriquecidos en el isótopo de nitrógeno-15, más pesado, con valores que oscilan entre +170 y +277 por mil, mucho más altos que los encontrados en Murchison. Este enriquecimiento es un sello distintivo de la química fría de tipo interestelar.
“Una de las razones por las que los aminoácidos son tan importantes es porque creemos que desempeñaron un papel importante en cómo comenzó la vida en la Tierra”, dice McIntosh, investigador postdoctoral en Penn State. “Lo que es una verdadera sorpresa es que los aminoácidos en Bennu muestran un patrón isotópico muy diferente al de Murchison, y estos resultados sugieren que los cuerpos progenitores de Bennu y Murchison probablemente se originaron en regiones químicamente distintas del sistema solar”.
Y había otro giro al acecho en los datos. Los aminoácidos vienen en dos formas especulares, zurdos (L) y diestros (D), como un par de guantes. En general, los científicos habían asumido que estos gemelos quirales deberían portar firmas isotópicas idénticas, ya que están formados por los mismos átomos en la misma disposición, pero invertidos. Pero en la muestra de Bennu, el ácido D-glutámico tenía un valor de isótopo de nitrógeno de +277 por mil, unos 87 por mil más que su homólogo L. Se trata de una brecha considerable y nadie está seguro todavía de qué hacer con ella. El equipo ha planteado tres posibilidades: las dos formas podrían haber extraído nitrógeno de diferentes depósitos dentro del cuerpo matriz del asteroide; el nitrógeno podría haberse intercambiado entre los aminoácidos y el amonio unido a minerales en las arcillas; o los minerales podrían haber tomado preferentemente una forma de espejo sobre la otra, alterando sutilmente su química. Los tres siguen siendo especulativos, pero el hallazgo desafía una suposición de larga data y podría complicar la forma en que los científicos utilizan las proporciones de isótopos para comprobar la contaminación terrestre en muestras de meteoritos.
Nada de esto habría sido posible sin un kit hecho a medida. El laboratorio de Baczynski utiliza una técnica llamada pico-CSIA, capaz de medir isótopos de carbono en compuestos presentes en concentraciones extremadamente pequeñas, junto con un espectrómetro de masas GC-Orbitrap para trabajar con isótopos de nitrógeno. “Aquí en Penn State, hemos modificado la instrumentación que nos permite realizar mediciones isotópicas en cantidades realmente bajas de compuestos orgánicos como la glicina”, dice Baczynski. “Sin los avances en tecnología y la inversión en instrumentación especializada, nunca hubiéramos hecho este descubrimiento”.
Los resultados, publicados hoy en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, no descartan por completo la síntesis de Strecker para Bennu. El formaldehído, el precursor aldehído específico de la glicina en esa vía, aún no se ha medido isotópicamente en muestras de Bennu, por lo que existe una pequeña posibilidad de que los números aún puedan funcionar. Pero en conjunto, los patrones de isótopos de carbono, el enriquecimiento de nitrógeno y la alineación con lo que sabemos sobre el procesamiento fotoquímico del hielo apuntan hacia un origen más frío y más bañado en radiación para al menos algunas de estas moléculas. Los investigadores sugieren que los aminoácidos que sobrevivieron en Bennu pueden haber sido forjados en hielos primordiales y luego preservados a través de miles de millones de años de agitación geológica, incluidos múltiples episodios de alteración acuosa en el propio cuerpo original.
Es un recordatorio de que la química del sistema solar era (y quizás todavía sea) más inventiva de lo que creíamos. Los estanques cálidos no son el único crisol para las materias primas de la vida. Al parecer, las extensiones de hielo congeladas e irradiadas también pueden hacer el trabajo.
“Ahora tenemos más preguntas que respuestas”, dice Baczynski. “Queremos saber si siguen pareciéndose a Murchison y Bennu, o tal vez hay incluso más diversidad en las condiciones y vías que pueden crear los componentes básicos de la vida”. Con el material restante de Bennu de OSIRIS-REx todavía disponible para su estudio y los meteoritos de otros cuerpos parentales esperando entre bastidores, los próximos años podrían volverse interesantes.
Enlace del estudio: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2517723123
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