La atmósfera de la luna de Saturno Titán, en la que domina el nitrógeno, puede proporcionar pistas sobre el origen de la vida
Un equipo de la Universidad de Arizona ha anunciado la primera evidencia experimental que muestra cómo el nitrógeno atmosférico puede resultar incorporado en macromoléculas orgánicas. El hallazgo indica qué moléculas orgánicas se pueden encontrar en Titán, luna de Saturno que, según piensan los científicos, es un modelo para la química de la pre-vida en la Tierra.
La Tierra y Titán son los únicos cuerpos conocidos de tamaño planetario que tienen atmósferas espesas, con predominio de nitrógeno, dijo Hiroshi Imanaka, quien condujo la investigación y es miembro del departamento de química y bioquímica de la Universidad de Arizona.
Esta imagen tomada por el orbitador Cassini el 15 de octubre de 2007 muestra los anillos A y F de Saturno, la pequeña luna Epimeteo, y a Titán, la luna más grande del planeta, envuelta en 'smog'. La imagen está coloreada aproximadamente como podría parecer a los ojos humanos. (Crédito: NASA / JPL / Space Science Institute)
Cómo resultan nitrogenadas las moléculas orgánicas complejas en ambientes como la Tierra primitiva o la atmósfera de Titán es un gran misterio, dijo Imanaka.
«Titán es interesante debido a que su atmósfera en la que domina el nitrógeno y su química orgánica nos podrían dar una pista sobre el origen de la vida en nuestro planeta», dijo Imanaka, ayudante de investigación en el Lunar and Planetary Laboratory de la UA. «El nitrógeno es un elemento esencial de la vida.»
Sin embargo, no sirve cualquier nitrógeno. El nitrógeno en estado gaseoso debe ser convertido a una forma químicamente más activa de nitrógeno, que puede impulsar las reacciones que forman la base de los sistemas biológicos.
Imanaka y Mark Smith convirtieron una mezcla de gas de nitrógeno y metano similar a la de la atmósfera de Titán en una colección de moléculas orgánicas que contienen nitrógeno al irradiar los gases con rayos UV de alta energía. El dispositivo de laboratorio fue diseñado para imitar la forma en que la radiación solar afecta la atmósfera de Titán.
La mayoría del nitrógeno se trasladó directamente a compuestos sólidos, en lugar de gaseosos, dijo Smith, profesor de la UA y director de Química y Bioquímica. Los modelos anteriores había previsto que el nitrógeno cambiaría de compuestos gaseosos a sólidos en un proceso más largo y en pasos.
Titán se ve de color naranja debido a que una niebla sucia de moléculas orgánicas envuelve el planeta. Las partículas en esta niebla pueden caer finalmente a la superficie y quedar expuestas a condiciones que podrían crear vida, dijo Imanaka, quien también es investigador principal en el Instituto SETI en Mountain View, Calif.
Sin embargo, los científicos no saben si las partículas en este «smog» en Titán contienen nitrógeno. Si algunas de estas partículas son las mismas moléculas orgánicas que contienen nitrógeno que el equipo de la UA creó en el laboratorio, es más probable que existan condiciones propicias para la vida, dijo Smith.
Observaciones de laboratorio como ésta indican qué es lo que las próximas misiones espaciales deben buscar y qué instrumentos se deben desarrollar para ayudar a la búsqueda, dijo Smith.
El artículo de Imanaka y Smith, «Formation of nitrogenated organic aerosols in the Titan upper atmosphere» («Formación de aerosoles orgánicos nitrogenados en la atmósfera superior de Titán»), fue programado para publicarlo en la edición adelantada en línea de Proceedings of the National Academy of Sciences del 28 de junio. La NASA proporcionó el financiamiento para la investigación.
Los investigadores de la universidad querían simular las condiciones de la tenue atmósfera superior de Titán porque los resultados de la Misión Cassini indican que una radiación «UV extrema» que incide en la atmósfera creó moléculas orgánicas complejas.
Por lo tanto, Imanaka y Smith utilizaron la Advanced Light Source (Fuente Avanzada de Luz) del sincrotrón del Lawrence Berkeley National Laboratory en California para disparar luz UV de alta energía en un cilindro de acero inoxidable que contenía metano y nitrógeno gaseosos a muy baja presión.
Los investigadores utilizaron un espectrómetro de masas para analizar los productos químicos que resultaron de la radiación.
Aunque parezca simple, crear el equipo experimental fue complicado. La luz UV debe pasar por una serie de cámaras de vacío en su camino hacia la cámara de gas.
Muchos investigadores desean utilizar la fuente de luz avanzada, por lo que la competencia por un tiempo en el instrumento es feroz. A Imanaka y Smith les asignaron una o dos franjas horarias al año, cada una de las cuales fue de ocho horas al día durante sólo 5 a 10 días.
En cada franja horaria, Imanaka y Smith tuvieron que empacar todo el equipo experimental en una camioneta, llevarlo a Berkeley, instalar el delicado equipo y lanzarse a una intensa serie de experimentos. A veces trabajaron más de 48 horas seguidas para aprovechar el máximo de su tiempo en la fuente de luz avanzada. Completar todos los experimentos necesarios llevó años.
Era exasperante, dijo Imanaka: «Si olvidábamos un solo tornillo, pedíamos tiempo en el haz.»
Al principio, sólo analizaron los gases del cilindro. Pero no detectaron compuestos orgánicos que contuvieran nitrógeno.
Imanaka y Smith pensaba que había algo mal en el montaje experimental, por lo que ajustaron más el sistema. Pero seguía sin aparecer nitrógeno.
«Fue todo un misterio», dijo Imanaka, autor principal del artículo. «¿Dónde había ido el nitrógeno?»
Finalmente, los dos investigadores recogieron la «mugre marrón» que se reunía en la pared del cilindro y la analizaron con lo que Imanaka llama «la técnica más sofisticada de espectrometría de masas.»
Imanaka dijo: «¡Entonces, por fin, encontré el nitrógeno!»
Imanaka y Smith sospechan que estos compuestos se forman en la atmósfera superior de Titán y eventualmente caen a la superficie de Titán. Una vez en la superficie, contribuyen a un ambiente propicio para la evolución de la vida.
Fuente: Universidad de California. Aportado por Eduardo J. Carletti
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