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31-Mar-2008

La exobiología: del origen de la vida a la vida en el Universo (III)

Las diferentes fuentes de moléculas orgánicas: Las moléculas orgánicas extraterrestres.

Artículo original de André Brack, exobiólogo.

Autor de la traducción: Xavier Civit

Los meteoritos carbonados, representados típicamente por los meteoritos de Orgueil y de Murchison, encierran compuestos orgánicos como hidrocarburos alifáticos y aromáticos.

Hidrocarburos aromáticos policíclicos, kerógenos y fulerenos están también presentes. Compuestos más próximos de los compuestos biológicos han sido identificados: ácidos carboxílicos, aminoácidos, bases nucleicas, aminas, amidas, alcoholes, etc...


El meteorito carbonado de Murchison encierra más de setenta aminoácidos diferentes. En total, de éstos encontramos 8 aminoácidos proteicos. En las moléculas orgánicas, el átomo de carbono generalmente ocupa el centro de un tetraedro. Cuando los grupos de átomos en las cuatro cumbres del tetraedro son diferentes, la imagen del tetraedro en un espejo (miroir) no le es superponible. El carbono se vuelve asimétrico. Existen entonces dos formas especulares no superponibles, llenas de imágenes uno del otro en un espejo, llamadas enantiómeras (del griego enantios, opuesto). Las moléculas biológicas utilizan sólo una de ambas formas especulares. Decimos que son homoquirales (del griego kheir, mano).


La inmensa mayoría de los aminoácidos existen bajo dos formas, imágenes uno del otro en un espejo. Las proteínas utilizan sólo la forma L (izquierda).

Una vida racémica que utilizaría indistinta y simultáneamente los dos enantiómeros izquierdo y derecho de las moléculas parece muy improbable. El primer argumento está vinculado a la geometría de las macromoléculas biológicas. Por ejemplo, las proteínas adoptan formas rígidas en el espacio, llamadas conformaciones, hélices α y hojas β. La hélice α se parece a un sacacorchos (tirabuzón). Encierra 3,6 aminoácidos por vuelta y está estabilizada por enlaces de hidrógeno quiénes se establecen dentro de la misma cadena. Las hojas β están formadas por la asociación codo con codo de varias cadenas. En este caso, los enlaces hidrógeno se establecen entre dos cadenas próximas. La presencia simultánea de los enantiómeros L y D de los aminoácidos en la misma cadena no impide la formación de hélices α. Estas últimas son simplemente un poco menos estables. En cambio, las hojas β no pueden formarse más que cuando los enantiómeros L y D van juntos a lo largo de la cadena. Así como la actividad de las enzimas está vinculada a su geometría espacial, la ausencia de hojas β disminuiría considerablemente su campo de acción y una vida racémica sería necesariamente diferente de la que conocemos, necesariamente más elemental, incluso imposible.


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Por otra parte, la utilización de monómeros homoquirales reduce considerablemente el número de arreglos posibles de los monómeros en una cadena, (N. del T.: Los monómeros son los compuestos de bajo peso molecular a partir de los cuales se obtienen los polímeros. La unidad monomérica es la unidad estructural o conjunto de átomos que se repite a lo largo de una macromolécula). Para un polímero que contenga n unidades monoméricas, el número de combinaciones posibles estará dividido por 2n si el sistema utiliza sólo un único enantiómero.

Cuando se sabe que una cadena de proteínas contiene algunos cientos de aminoácidos, realizamos la enorme simplificación aportada por el uso de monómeros homoquirales. La calidad primera de la vida es hacer "más de sí mismo por si mismo". En química, esta calidad cualifica las moléculas autocatalíticas: son capaces de catalizar su propia formación y se encuentran igual al final de la reacción. El modo de copia debe ser bastante fiel para no desnaturalizar el mensaje, dejando una pequeña posibilidad de mutación que permite evolucionar al sistema. Si el biopolímero que hay que copiar contiene enantiómeros L y D en lugares muy precisos, el procedimiento de copia deberá no sólo situar el monómero en un buen lugar en la cadena, sino que ha de ser igualmente capaz, para un monómero dado, de elegir entre dos enantiómeros que difieren sólo por la geometría de sus átomos de carbono. En el estado actual de los conocimientos, una vida racémica que utilizara simultáneamente los dos enantiómeros L y D enzimas parece muy improbable. En cambio, una vida que utiliza exclusivamente los aminoácidos D es perfectamente factible. Dos vidas enantiómeras competidoras posiblemente se desarrollaron sobre la Tierra primitiva, la vida que conocemos acabó por llevarse "el gato al agua". Sin embargo, no hay ninguna firma fósil conocida de esta vida "en un espejo". El mineralogista americano John Cronin encontró un exceso de cerca del 9 % de enantiómeross izquierdos para ciertos aminoácidos no proteicos presentes en ese meteorito. El descubrimiento por los astrónomos de un brillo infrarrojo fuertemente polarizado en una nube molecular de la nebulosa de Orion podría explicar el origen extraterreno de este exceso de formas izquierdas.

La recolección de polvo interplanetario en los hielos de Groenlandia y del Océano Antártico por Michel Maurette, permiten evaluar en aproximadamente de 50 a 100 toneladas la cantidad de granos interplanetarios que llegan cada día actualmente a la superficie de la Tierra.


La materia carbonada que fue depositada por los micrometeoritos (2,5 x 1016 toneladas) representa 25 000 veces la que es reciclada actualmente en la biomasa (1012 toneladas). Equivale a un capa de alquitrán de 40 metros en el conjunto del globo terrestre.

Cerca del 99 % de esta masa es aportada por micrometeoritos cuyo diámetro está comprendido entre 50 y 500 micrones. Los micrometeoritos están emparentados con los meteoritos más primitivos, representados los del grupo de meteoritos carbonados por el meteorito de Murchison.

Un análisis detallado de los contenidos en carbono de diferentes grupos de micrometeoritos permite estimar en cien toneladas el flujo total de carbono orgánico aportado cada año a la Tierra. La cantidad aportada a la Tierra durante los 200 millones de años de la fase más activa del bombardeo terrestre, cuando el flujo micrometeoritico era probablemente mil veces más intenso que hoy, está estimada en 4x1021g. Para ofrecer una comparativa de magnitudes, el carbono biológico reciclado hoy en la superficie de la Tierra representa 1018g. Estos granos encierran una fuerte proporción de sulfuros metálicos, óxidos, y arcillas, que son posibles catalizadores. Al contacto con el agua líquida, los granos pudieron funcionar como microrreactores químicos que transformaron la materia orgánica de los granos con la ayuda de los catalizadores presentes.


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El análisis del polvo extraído del coma de Wild-2 por la sonda americana Stardust permite atribuir el origen cometario en los micrometeoritos recolectados en el Océano Antártico. Las sondas Vega 1 y 2, Giotto, Suisei y Sakigake demostraron que el cometa Halley era rico en materiales orgánicos, el índice medio en peso del carbono presente en los granos cometarios era estimado en el 14 %. Entre las moléculas identificadas, se encontró ácido cianhídrico y formaldehído. Estos compuestos, así como otras numerosas moléculas de interés prebiótico, han sido observados en el cometa Hyakutake en 1996 y Hale-Bopp en 1997. Los cometas se desplazan sobre órbitas inestables y ceden a veces al campo gravitacional de un planeta. La colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter en julio de 1994 es un reciente ejemplo. Este género de colisión probablemente era más frecuente hace 4 mil millones de años, los planetas orbitando alrededor del Sol eran más numerosos. Impactando con la Tierra, los cometas pudieron abastecer una parte importante de agua y los granos cometarios debieron proporcionar grandes cantidades de moléculas carbonadas. La química que se desarrolla en la superficie del núcleo cometario es todavía mal conocida.

Lanzada en el 2004, la misión Rosetta va a proceder en el 2014 al análisis del núcleo del cometa Churyumov-Gerasimenko. La sonda espacial estudiará primero el entorno del cometa quedándose en su estela durante varios meses, posteriormente una sonda aterrizará para analizar su superficie al igual que el hielo subyacente que será extraído por perforación.

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Fuente: Astroseti


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