Por Personal de noticias del Instituto Astrobiológico

En lo que al origen de la vida se refiere, la síntesis química del ácido pirúvico es un paso crítico. En un difícil experimento, la Institución Carnegie e investigadores del NAI concluyen que la síntesis natural de tales compuestos ocurriría siempre que surtidores calientes oceánicos atraviesen corteza terrestre que contenga sulfuro de hierro. |

Simulando las condiciones que se dan en surtidores y chimeneas hidrotermales en el laboratorio, los investigadores en el Laboratorio Geofísico de la Institución Carnegie de Washington (CIW) han creado ácido pirúvico, un compuesto químico orgánico vital para el metabolismo celular. El CIW es uno de los once Lead Teams (grupos principales) que participan en el Instituto Astrobiólogico de la NASA (NAI).

Las chimeneas o ventilas hidrotermales fueron descubiertas por primera vez en 1977. Similares a los géiseres como el Old Faithful del Parque Yellowstone, estos surtidores calientes submarinos escupen mezclas de compuestos químicos y nutrientes para bacterias manteniendo temperaturas casi volcánicas. Al tomar muestras de estas chimeneas, los científicos han descubierto que están llenos de vida, a pesar de las elevadas temperaturas y las presiones extremadamente altas que se dan. Se ha sugerido que la vida en la Tierra pudo haber empezado en las chimeneas hidrotermales hace billones de años.

“No todos estamos de acuerdo con la hipótesis de las chimeneas,” dice el Dr. Robert Hazen, miembro de NAI y uno de los investigadores en el estudio. “De hecho, un resultado de nuestra investigación muy plausible sería la conclusión absoluta de que la vida NO pudo haber surgido bajo condiciones tan extremas. Eso sería un resultado excitante.”

Si a pesar de todo la vida se desarrolló en chimeneas hidrotermales, pudo haber sido de la siguiente manera: los gases volcánicos y el agua cercanos a los surtidores hidrotermales se combinaron con elementos de la corteza terrestre para formar ácido acético. Por adición de carbono se formó ácido pirúvico. Cuando el ácido pirúvico entró en contacto con amoniaco, formó aminoácidos, que más tarde se unieron para dar lugar a proteínas.

En una serie de experimentos, los investigadores de Carnegie reprodujeron las duras condiciones de las chimeneas para comprobar si albergaban la posibilidad de algunos de los pasos químicos que se creen necesarios para que surja la vida. Experimentos anteriores habían obtenido como resultado la producción de amoniaco y el amino ácido alanina.

“Empezamos todos estos experimentos en el periodo 1998-1999,” dice Hazen. “La síntesis del piruvato fue de hecho una sorpresa en estos experimentos que estaban diseñados primordialmente para estudiar la formación de enlaces de carbono. ¡Algunas veces la suerte llama a tu puerta!”

Este último proyecto para reproducir las condiciones en las chimeneas primitivas usó una receta que contenía sulfuro de hierro (uno de los ingredientes de la corteza terrestre), ácido fórmico (detectado incluso hoy en día en las chimeneas termales), y alquil tiol (compuesto sulfuroso similar al alcohol producido por la combinación de sulfuro de hierro y monóxido de carbono). Estos compuestos se confinaron en una pequeña cápsula de oro, y se les sometió a elevadas temperaturas y presiones similares a las condiciones de las chimeneas hidrotermales. Los investigadores midieron un aumento con la presión de la cantidad de ácido pirúvico producido. Este hallazgo fue publicado en la edición del 25 de agosto de la revista Science. Junto con Robert Hazen, el equipo de investigación de este estudio incluye a los miembros de NAI George D. Cody, Nabil Z. Boctor, Timothy R. Filley, James H. Scott, Anurag Sharma, y Hatten S. Yoder, Jr.

La síntesis de ácido pirúvico es necesaria para el desarrollo de metabolismos anaerobios (que no requieren oxígeno) primitivos. Los científicos exponen que la síntesis de ácido pirúvico es un paso crítico para el origen de la vida, y concluyen que la síntesis natural de esos compuestos ocurriría siempre que fluidos hidrotermales pasen a través de corteza terrestre que contenga sulfuro de hierro.

“Estos resultados apoyan la teoría de que la... corteza oceánica pudo haber proporcionado a la vida más primitiva un enclave caliente inundado continuamente con fluidos ricos en carbono reducido, [azufre]... y posiblemente aglomeraciones de sulfuro de hierro catalítico,” sostienen los científicos.

Reproducir las complicadas condiciones de las chimeneas hidrotermales es, por supuesto, extremadamente difícil de conseguir en un laboratorio.

“No hemos intentado duplicar exactamente un entorno hidrotermal natural,” dice Hazen. “Los entornos naturales tienen complicados gradientes de temperatura o de composición de los fluidos que fluyen sobre diversos minerales. Se necesitarían años para duplicar eso en un laboratorio. Sin embargo, opino que seremos capaces de restringir el tipo de entorno en el que la síntesis orgánica, la selección y organización molecular tuvo lugar.”

Entre los futuros experimentos planeados por los científicos de Carnegie se incluye un estudio sobre cuales son los minerales más efectivos para reducir el nitrógeno a amoniaco, y cuales son mejores para formar y estabilizar aminoácidos. También se están estudiando las causas de la homoquiralidad (el hecho de que todas las moléculas más importantes para la vida tengan orientación o a la izquierda o a la derecha fija), así como investigando los compuestos basados en elementos metálicos que puedan actuar de catalizadores en la síntesis orgánica.

Hazen afirma, “La principal deducción de nuestra investigación por el momento es que la síntesis orgánica pertinente a la química prebiótica ocurre bajo una espectro más amplio de condiciones de lo que se pensaba en un principio, del mismo modo que los biólogos están observando que la vida existe bajo un espectro más amplio de ambientes de lo que se pensaba.”

¿Cómo sigue la historia?

El descubrimiento de vida en las chimeneas hidrotermales en la Tierra ha abierto la posibilidad de encontrar vida en otros lugares de nuestro sistema solar. Marte y la luna de Júpiter Europa son dos lugares de nuestro sistema solar que podrían tener fuerzas geotérmicas suficientemente grandes como para generar chimeneas volcánicas. Si se encuentra agua líquida también en estos mundos, es posible que la vida ya esté prosperando en las mismas condiciones de surtidores hidrotermales que en la Tierra. La misiones a Marte seguirán buscando la presencia de agua líquida, y una próxima misión a la luna Europa, cubierta de hielo, incluye planes de búsqueda de un océano de agua líquida.

“La Tierra primitiva tuvo que haber tenido varias fuentes complementarias de materias primas biológicas –cometas y asteroides, síntesis cerca de la interfaz entre el océano y la atmósfera, y procesos hidrotermales,” dice Hazen. “En la misma medida que otros cuerpos como Marte y Europa tuvieron alguna vez o aún tienen fuentes similares, se puede esperar síntesis orgánicas parecidas. Sin embargo, la posibilidad de que a estos procesos siguieran las etapas muy complicadas de organización molecular necesarias para la vida es por el momento pura especulación.

Referencia: “'Primordial Carbonylated Iron-Sulfur Compounds and the Synthesis of Pyruvate.' Science 289 (August 25): 1337-1340.