Mundo Aromático

#1# Resumen (15 de Junio de 2006): En un artículo próximo a ser publicado en la revista AstrobiologyPascale Ehrenfreund y colaboradores sugieren que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs), moléculas orgánicas encontradas por todo el espacio, podrían haber tenido múltiples tareas en el origen de la vida en la Tierra #2# Tras años de investigación, los científicos todavía luchan para entender como la vida comenzó en nuestro planeta. Aunque hay numerosas hipótesis para el origen de la vida, todavía no hay evidencia convincente que sugiera que un escenario en más propicio que cualquier otro. De hecho, cuando miramos a los sistemas químicos, no existe aun una definición sólida de lo que separa 'vivo' de 'no-vivo'. Pero muchos científicos coinciden en que la vida alla donde exista en el universo debe compartir tres cualidades esenciales. Primera, la vida tiene que ser capaz de reclamar una identidad separada del mundo exterior. Para la vida primigenia en la Tierra, esto puede tomar la forma de un contenedor, quizás un saco o bolsa de membrana que contiene compuestos químicos. #3# Segundo, la vida come (metaboliza). Esta bolsa de compuestos químicos debe tomar energía y nutrientes de algún tipo para sustentarse. Para los humanos, puede ser una hamburguesa con patatas, pero para algo como una bacteria viviendo en una ventila hidrotermal, el almuerzo puede consistir en sulfuro de hidrógeno. Finalmente, para que la vida prospere, debe haber niños. La vida debe de alguna forma perpetuar su información genética a través del tiempo. Si no, una bolsa de compuestos químicos puede ser una 'singularidad', una anomalía en la sopa química que vive una vez y luego muere y no deja traza de su existencia. Pascale Ehrenfreund, profesor de astrofísica en la Universidad de Leiden en Holanda, busca signos de vida en los cielos nocturnos. Más que una búsqueda de señales de radio parecida a la de SETI, los signos que ella busca son químicos. Hay 143 clases de moléculas en el medio interestelar, y algunas de ellas podrían ser importantes para el origen de la vida - no sólo en nuestro sistema solar sino en el universo al completo. En un artículo próximo a ser publicado en la revista AstrobiologyPascale Ehrenfreund y colaboradores sugieren que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs), moléculas orgánicas encontradas por todo el espacio, podrían haber tenido múltiples tareas en el origen de la vida en la Tierra Estas moléculas de Carbono e Hidrógeno se denominan 'policíclicas' debido a sus múltiples anillos de átomos de carbono y 'aromáticas' debido a los enlaces químicos fuertes entre los átomos de carbono. Se pueden encontrar PAHs en la Tierra allá donde materiales basados en Carbono se hayan quemado de manera incompleta. - desde el negruzco escape de los camiones hasta el negro residuo adherido a las rejillas de las barbacoas. En esta entrevista con Leslie Mullen de Astrobiology Magazine, Ehrenfreund explica como los PAHs pueden haber posiblemente brindado las tres cualidades que se necesitan para que surja la vida.

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#4# Astrobiology Magazine (AM): En su trabajo busca compuestos químicos en el espacio y en meteoritos, y lo que encuentra indica las materias primas con las que tuvo que trabajar la vida primitiva. Pascale Ehrenfreund (PE): Cuando miras a la bioquímica moderna, las tres principales necesidades de un sistema celular son ácidos nucleicos, proteínas y membranas. Algunos de sus bloques constructivos pueden encontrarse en el espacio. La mayoría del material prebiótico se encuentra en meteoritos carbonáceos, pero hay indicaciones de algunas moléculas complejas en la fase gaseosa del medio interestelar. Por ejemplo, Hay evidencias de azúcares simples como el glicoaldeido, y también del aminoácido glicina. Sin embargo no estoy segura de que esto tenga algo que ver con el origen de la vida. El medio interestelar proporciona la materia prima para la formación de estrellas y planetas. Hay una gran cantidad de química llevándose a cabo en la nebulosa solar. La formación del sistema solar fue un proceso dinámico - material que fue reorganizado, destruido, disociado y nuevamente formado. Hay cuestiones abiertas acerca del grado de turbulencia - cuanto del material se mezcló en las capas exteriores y luego volvió. En los cometas, encontramos silicatos cristalinos que sólo pueden proceder de las proximidades de una estrella en formación. Sin embargo los cometas se forman en la parte exterior del sistema solar, por tanto de haber habido difusión de materiales - una mezcla de lo interior con lo exterior. AM: Este es en resultado de la misión Stardust ¿no? Ellos han descubierto que el polvo del cometa tiene materiales que sólo se pueden haber formado en regiones calientes, cerca del sol. PE: Esto es algo que sabíamos antes de Stardust - habíamos encontrado previamente dichas indicaciones en partículas de polvo interplanetario. Sin embargo estoy segura de que Stardust ampliará nuestro conocimiento sobre el tema. #5# En general, cuando se observan compuestos prebióticos como aminoácidos, nucleobases y azúcares simples, parecen tener problemas para resistir el calor y la radiación. Así pues si este material se en algún lugar en la fase gaseosa, como en el medio interestelar, deben haber estado siempre protegidos de las temperaturas altas y de la radiación cuando se incorporaron en el naciente sistema solar. Parece que la mayoría del material debe haber estado expuesto a algún tipo de procesamiento energético. Cuando se mira dentro de meteoritos, donde se tiene química de estado sólido involucrando agua líquida, se encuentran más de 80 tipos diferentes de aminoácidos. También en los meteoritos se encuentran purinas, pirimidinas, azúcares simples y nucleobases. No se encuentran lípidos, pero se encuentran compuestos que pueden formar los más primitivos contenedores - por ejemplo ácidos carboxílicos parafínicos, que son componentes de las membranas. Por tanto los meteoritos son una especie de bola de cristal para la química orgánica compleja. No sabemos si ese material fue realmente importante para el origen de la vida. Pero desde que sabemos que es extraterrestre y que llego intacto a la Tierra primitiva, tenemos una muestra de material que pudo haber sido importante para el posterior procesamiento y para la generación de complejidad. Sin embargo, quizás no deberíamos dar mucho crédito a las modernas moléculas químicas bióticas de haber sido el material final que dio lugar a la vida. Las condiciones de temperatura y radiación en la Tierra primitiva han mejorado considerablemente tras unos pocos cientos de millones de años, pero al principio eran demasiado hostiles para que los aminoácidos se ensamblaran en proteínas. Probablemente se necesitaba un tipo de material distinto que fuera mucho más estable. AM: Y usted sugiere en su nuevo artículo que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) podrían haber sido un material estable importante en el origen de la vida. #6# PE: Si. Se encuentran anillos de carbono aromáticos en el medio interestelar, en cometas y en meteoritos. Este material macromolecular es muy estable a cualquier tipo de degradación, incluso a la radiación. Pueden modificarse, pero no ser totalmente destruidos. Incluso si se fragmentan, los pedazos están aun disponibles para química futura. Sin embargo, para algo como un aminoácido, nada queda cuando son atacados por fotones UV. Los meteoritos carbonaceos contienen un máximo de alrededor de un 3 por ciento de carbono. De ese 3 por ciento el 80 por ciento está incorporado en redes aromáticas. Por tanto el material aromático es abundante, se ha producido efectivamente, y es muy estable - es estable al calor, es parcialmente insoluble, y es bastante resistente a la radiación. Así ahora estamos empezando a pensar que bajo las condiciones tan hostiles en la Tierra primitiva, este material podría haber sido más importante de lo que originalmente se pensaba. AM: ¿A que pueden conducir los PAHs?¿Hay únicamente rutas químicas específicas o pueden ser base para un montón de moléculas diferentes? PE: Los hidrocarburos policíclicos aromáticos pueden utilizarse para construir estructuras de membrana primitiva. Max Bernstein, en el Laboratorio de Astroquímica de la NASA, está intentando hacer micelas o vesículas a partir de derivados de PAHs. #7# Los PAHs pueden también ser fotosensibles, porque pueden hacer una transferencia de carga entre positivo y negativo. Por tanto pueden utilizarse como compuestos metabólicos para transformar energía. Mis coautores Steen Rasmussen y Liaohai Chen de Los Álamos y los Laboratorios Argonne National están utilizando compuestos similares a los hidrocarburos policíclicos aromáticos como unidades metabólicas para el Proyecto de ensamblaje de protocélulas de Los Álamos. El Proyecto PACE de la comunidad Europea también está utilizando PAHs en este sentido. Nicholas Platts en la Institución Carnegie de Washington ha propuesto que mediante el apilado de PAHs pueden formar estructuras similares a los ácidos nucléicos. Pier Luigi Luisa en la Universidad Tre de Roma ha intentado el apilado de PAHs en el contexto del origen de la vida. En nuestro artículo sugerimos que el material aromático puede ser usado como contenedor, como unidad metabólica y como transportador de información genética. Pensamos que el material aromático puede utilizarse para los tres requerimientos de la vida. Lo que tratamos de resaltar en nuestro artículo es que se tienen que reunir todos los requerimientos a la vez. Se puede tener un compuesto para ensamblar materiales, y luego añadir algo posteriormente para que realice otra función. Deben combinarse desde el principio - la vida necesita tener una identidad, necesita energía y necesita ser capaz de reproducirse y evolucionar. Esta es la razón por la que los PAHs son potencialmente tan poderosos, porque con estos compuestos aromáticos se pueden reunir las tres funciones al mismo tiempo. AM: ¿Utiliza actualmente algún sistema vivo moderno PAHs? #8# PE: Sólo en la forma de nucleobases, que son estructuras anulares con heteroátomos y grupos laterales. Pero hay muchas moléculas aromáticas - no directamente PAHs - que tienen funciones en la vida, particularmente en procesos metabólicos. AM: No estamos seguros de como era el ambiente en la Tierra primitiva - no sabemos si era frío o caliente. ¿Supondría esto una diferencia? PE: Para los PAHs no supondría una diferencia. Los PAHs pueden resistir flujos de temperatura y radiación mucho mejor que los azúcares, los aminoácidos u otros compuestos típicos en bioquímica. Si se tenían altas temperaturas en la primitiva Tierra, los azúcares no se podrían formar o mantener. Los aminoácidos son también sensibles al calor, tal como lo son las nucleobases. Las nucleobases son un tipo de PAH pero el nitrógeno del anillo debe hacerlos más inestables que los PAHs. Todos son ciertamente mucho más frágiles frente a la radiación que el material aromático, tal como ha estado investigando nuestro coautor Jim Cleaves. Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son las moléculas orgánicas libres más abundantes en el espacio. Y el espacio es sin duda menos confortable que la Tierra, puesto que no hay atmósfera protectora. Esto demuestra que pueden sobrevivir mucho mejor que cualquier otro material. AM: Esta idea tiene mucho sentido, porque parece más probable que la vida comenzará a partir del material más común y robusto a mano, que de materiales extremadamente frágiles que necesitan protección frente a condiciones especiales. #9# PE: También pienso lo mismo. Los aminoácidos pueden formarse muy fácilmente - están por doquier - y debido a que se forman fácilmente estoy segura de que más tarde jugaron un papel importante. Pero, pienso que debe ser más lógico que jugaran un papel en sistemas vivientes al tiempo que era conveniente para ellos. Personalmente no pienso que este tipo de material fuera el material de partida para la vida. AM: Dado que los PAHs son tan robustos ¿cree que pueden ser la base de la vida en algún planeta?¿Necesitaría dicho planeta condiciones similares a las de la Tierra para desarrollar la vida? PE: Si, es muy probable. Es mucho más probable que teniendo algunos compuestos frágiles que son menos abundantes. También la vida debe ser simple al principio. Y los nucleósidos no son simples. ¡Todavía tenemos una gran dificultad para construirlos en el laboratorio incluso después de 50 años de experimentos de química prebiótica! Es por ello que pienso que tenemos que ir a algo muy primitivo al principio, y que funcione bajo multitud de condiciones diferentes.