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Nueva tecnología de la NASA para búsqueda de los componentes extraterrestres necesarios para crear vida

La nueva tecnología de la NASA será de gran utilidad para buscar aminoácidos y otras firmas biológicas químicas posibles en las muestras que se traigan de Marte y eventualmente materiales de los penachos de las lunas heladas de Encelado y Europa en los planetas exteriores, dice Daniel Glavin del Laboratorio de Astrobiología de Goddard Space Flight Center

Si bien el origen de la vida sigue siendo un misterio, los científicos están descubriendo más y más evidencia de que el material creado en el espacio y traído a la Tierra por los cometas y meteoros impactos podría haber dado un impulso al inicio de la vida. Algunas moléculas suministradas por los meteoritos se pueden utilizar como bloques de construcción para hacer ciertos tipos de moléculas más grandes que son críticas para la vida.

Los investigadores han analizado los meteoritos ricos en carbono (condritas carbonáceas) y encontraron aminoácidos, que se utilizan para fabricar proteínas. Las proteínas se encuentran entre las moléculas más importantes en la vida, que se utilizan para crear estructuras como el pelo y la piel, y para acelerar o regular las reacciones químicas. También han encontrado los componentes utilizados para hacer el ADN, la molécula que lleva las instrucciones de cómo construir y regular un organismo vivo, así como otras moléculas biológicamente importantes, como heterociclos de nitrógeno, compuestos orgánicos relacionados con el azúcar, y compuestos que se encuentran en el metabolismo moderno.

Sin embargo, estos meteoritos ricos en carbono son relativamente inusuales, representado menos del cinco por ciento de los meteoritos recuperados, y los meteoritos representan sólo una parte del material extraterrestre que viene a la Tierra. Además, las moléculas de bloques de construcción que se encuentran en ellos por lo general han tenido bajas concentraciones, por lo general de partes por millón o partes por mil millones. Esto plantea la cuestión de cuán significativo era el suministro de materia prima. Sin embargo, la Tierra recibe constantemente otro material extraterrestre… en su mayoría en forma de polvo de cometas y asteroides.

«A pesar de su pequeño tamaño, estas partículas de polvo interplanetario pueden haber proporcionado mayores cantidades y un suministro estable de materia orgánica extraterrestre a la Tierra primigenia», dijo Michael Callahan del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Md. «Por desgracia, ha habido pocos estudios que examinen su composición orgánica, especialmente con respecto a las moléculas biológicamente relevantes que pueden haber sido importantes para el origen de la vida, debido al tamaño minúsculo de estas muestras».

Callahan y su equipo en el Laboratorio Analítico de Astrobiología de Goddard han aplicado recientemente una tecnología avanzada para inspeccionar muestras extremadamente pequeñas de meteoritos en busca de los componentes de la vida. «Hemos encontrado aminoácidos en una muestra de 360 microgramos del meteorito Murchison«, dijo Callahan. «Este tamaño de muestra es 1.000 veces más pequeño que el tamaño de la muestra típico utilizado.» Un microgramo es la millonésima parte de un gramo; 360 microgramos es algo así como el peso de unos pocos pelos de las cejas.

«Nuestro estudio es una prueba de diseño», añade Callahan. «Murchison es un meteorito bien estudiado. Tenemos los mismos resultados buscando en un fragmento muy pequeño que los obtenidos en un fragmento mucho más grande del mismo meteorito. Estas técnicas nos permitirán investigar otros materiales extraterrestres a pequeña escala, tales como los micrometeoritos, las partículas de polvo interplanetario y partículas cometarias en estudios futuros». Callahan es el autor principal de un artículo sobre esta investigación que está disponible en línea en el Journal of Chromatography A.

El análisis de estas muestras pequeñas es extremadamente difícil. «Extraer mucho menos polvo de meteorito se traduce en tener una concentración de aminoácido mucho menor para los análisis», dijo Callahan. «Por lo tanto necesitamos las técnicas más sensibles disponibles. También, puesto que las muestras de meteoritos pueden ser altamente complejas, son necesarias también técnicas que son altamente específicas para estos compuestos.»

El equipo utilizó un instrumento de cromatografía líquida de nanoflujo para ordenar las moléculas en la muestra del meteorito, entonces se aplicó ionización con nanoelectrospray para dar a las moléculas una carga eléctrica y entregarlos a un espectrómetro de masas de alta resolución, que identifica las moléculas en función de su masa. «Somos pioneros en la aplicación de estas técnicas para el estudio de los compuestos orgánicos de los meteoritos», dijo Callahan. «Estas técnicas pueden ser altamente delicadas, por lo que sólo obtener resultados fue el primer desafío.»

«Estoy particularmente interesado en el análisis de partículas cometarias de la misión Stardust«, añade Callahan. «Es una de las razones por las que vine a la NASA. Cuando vi por primera vez una foto del aerogel utilizado para capturar las partículas de la misión Stardust, me enganché.»

Esta tecnología y las técnicas de laboratorio que desarrolla el laboratorio Goddard para aplicarlo a analizar meteoritos serán valiosos para las misiones de retorno de muestras futuras, ya que la cantidad de muestras probablemente será limitada.

La imagen en la parte superior de la página muestra los penachos de material helado que se extienden por encima de la luna Encelado de Saturno fotografiados por la nave espacial Cassini en febrero de 2005.

«Las misiones que implican la recolección de material extraterrestre para regresar la muestra a la Tierra por lo general recogen sólo una cantidad muy pequeña, y las propias muestras pueden ser extremadamente pequeñas, también», dijo Callahan. «Las técnicas tradicionales que se utilizan para estudiar estos materiales por lo general implican composición inorgánica, o elemental. Apuntar a las moléculas biológicamente relevantes en estas muestras aún no es de rutina. No estamos en eso tampoco, pero lo estamos consiguiendo.»

La investigación fue financiada por el Instituto de Astrobiología de la NASA , el Centro Goddard de Astrobiología y el Programa NASA Cosmoquímica.

Fuente: The Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Partículas de polvo interplanetario traen agua y compuestos orgánicos para iniciar vida en la Tierra y otros planetas

Los investigadores han descubierto que las partículas de polvo interplanetario podrían llevar y compuestos orgánicos a la Tierra y otros planetas terrestres. «Es una posibilidad emocionante que esta afluencia de polvo actuó como una lluvia continua de pequeños recipientes de reacción que contienen tanto agua como los compuestos orgánicos necesarios para el eventual origen de la vida en la Tierra y posiblemente Marte», dijo Hope Ishii, coautor del estudio

Investigadores de la Escuela de Oceanografía y de Ciencia y Tecnología de la Tierra (SOEST) de la Universidad de Hawaii-Manoa (UHM), el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y la Universidad de California-Berkeley descubrieron que las partículas de polvo interplanetario (Interplanetary Dust Particles, IDPs) podrían suministrar agua y compuestos orgánicos.

La superficie de pequeñas partículas de polvo interplanetarias son 'erosionadas' en el espacio por el viento solar, causando que se les formen rebordes amorfos en su superficie. Los iones de hidrógeno en el viento solar reaccionan con el oxígeno en los bordes para formar diminutas vesículas llenas de agua (azul). Este mecanismo de formación de agua es casi seguro que se produce en otros sistemas planetarios, con posibles implicaciones para el origen de la vida en toda la galaxia

El polvo interplanetario, que viene de los cometas, asteroides y escombros sobrantes del nacimiento del Sistema Solar, llueve continuamente en la Tierra y otros cuerpos del Sistema Solar. Estas partículas son bombardeadas por el viento solar, en el que predominan los iones de hidrógeno. Este bombardeo de iones golpea y desarma los átomos en el cristal de mineral de silicato y deja como resultado oxígeno, que es más afecto a reaccionar con el hidrógeno, por ejemplo, para crear moléculas de agua.

«Es una posibilidad emocionante que esta afluencia de polvo haya actuado como una lluvia continua de pequeños recipientes de reacción que contienen tanto agua y como la materia orgánica necesaria para el eventual origen de la vida en la Tierra y posiblemente Marte», dijo Hope Ishii, nuevo Investigador Asociado en el Instituto de Geofísica y Planetología (HIGP) de Hawaii en UHM SOEST y co-autor del estudio. Este mecanismo de entrega de agua y de compuestos orgánicos a la vez también funcionaría en los exoplanetas, mundos que orbitan otras estrellas. Estos ingredientes básicos de polvo e iones de hidrógeno desde su estrella madre permitiría que el proceso ocurra en casi cualquier sistema planetario.

Las implicaciones de este trabajo son potencialmente enormes: los cuerpos sin aire en el espacio, tales como los asteroides y la Luna, con minerales de silicato en todos lados, están constantemente expuestos a la irradiación de viento solar, que puede generar agua. De hecho, este mecanismo de formación de agua ayudaría a explicar los datos observados a distancia en la Luna, donde se descubrió la molécula OH, agua en formación, y posiblemente explica la fuente de hielo de agua en las regiones que permanecen siempre en la sombra en la Luna.

«Tal vez lo más emocionante», dijo Ishii, «el polvo interplanetario, especialmente el polvo de asteroides primitivos y cometas, se sabe hace tiempo que lleva la especie de carbono orgánico que sobrevive a la entrada en la atmósfera de la Tierra, y ahora hemos demostrado que también lleva agua generada por el viento solar. Así que hemos demostrado por primera vez que el agua y los compuestos orgánicos pueden ser entregados juntos».

Se ha sabido desde la era Apolo, cuando los astronautas trajeron rocas y el suelo de la Luna, que el viento solar hace que cambie la composición química de la capa superficial del polvo. Por lo tanto, la idea de que la irradiación de viento solar podría producir especies de agua ha estado presente desde entonces, pero lo que realmente causa la producción de agua ha sido objeto de debate. Las razones de la incertidumbre son que la cantidad de agua producida es pequeña y se localiza en bordes redondeados muy finos en las superficies de minerales de silicato, de modo que las técnicas de análisis más antiguas fueron incapaces de confirmar la presencia de agua.

Utilizando un microscopio electrónico de transmisión de ultima generación, los científicos han detectado ahora en verdad el agua producida por la irradiación de viento solar en los rebordes desgastados en el espacio sobre los minerales de silicato de las partículas de polvo interplanetario. Además, basándose en los minerales irradiados en laboratorio que tienen rebordes amorfos similares, pudieron concluir que el agua se forma a partir de la interacción de los iones de hidrógeno del viento solar (H+) con el oxígeno en los granos de minerales de silicato.

Este trabajo reciente no indica cuánta agua se ha entregado a la Tierra de esta manera a partir de las partículas de polvo interplanetarias.

«De ninguna manera se sugiere que fue suficiente para formar los océanos, por ejemplo», dijo Ishii. «Sin embargo, la relevancia de nuestro trabajo no es el origen de los océanos de la Tierra, sino que hemos demostrado la co-administración continua de agua y compuestos orgánicos íntimamente entremezclados.»

En trabajos futuros, los científicos tratarán de estimar la abundancia de agua entregada a la Tierra por las partículas interplanetarias. Además, van a explorar en más detalle qué otros orgánicos (basados en carbono) e inorgánicos están presentes en el agua en las vesículas desgastadas del polvo interplanetario.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Sistema de mensajes que utiliza moléculas puede usarse en el metro, debajo del agua o dentro del cuerpo

Los científicos han creado un sistema de comunicación molecular para la transmisión de mensajes y datos en entornos desafiantes, tales como túneles, tuberías, bajo el agua y en el cuerpo

La técnica tiene una amplia gama de aplicaciones en entornos en los que no se pueden utilizar las ondas electromagnéticas, por ejemplo en estructuras subterráneas tales como túneles, tuberías o en entornos de bajo el agua.

La señalización molecular es una característica común del reino vegetal y animal —los insectos por ejemplo utilizan feromonas para la señalización a largo alcance— pero hasta la fecha no se han transmitido datos continuos.

Investigadores de la Universidad de Warwick en el Reino Unido y la Universidad de York en Canadá han desarrollado la capacidad de transformar cualquier mensaje genérico en señales binarias, que a su vez son «programadas» en moléculas de alcohol evaporado para demostrar el potencial de las comunicaciones moleculares. Sus resultados se publican en la revista de acceso abierto PLoS ONE.

El primer envío de una señal de demostración se llevó a cabo en Canadá y fue «O Canada», del texto del himno nacional de Canadá. Fue enviado a varios metros a través de espacio abierto antes de ser decodificado por un receptor. El hardware está hecho con electrónica común y cuesta alrededor de us$ 100.

Los científicos creen que este simple sistema podría tener una amplia variedad de aplicaciones, que van desde la comunicación en entornos subterráneos hostiles hasta en la nanotecnología.

«Creemos que hemos enviado el primer mensaje de texto del mundo que fue transmitido en su totalidad con comunicación molecular, controlando los niveles de concentración de las moléculas de alcohol, para codificar los alfabetos con un simple chorro de spray, que representa el bit 1, y la falta del chorro, representa el bit 0», dice York, quien dirigió el experimento.

El Dr Weisi Guo de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Warwick dijo: «Imagínate el envío de un detallado mensaje usando perfume… suena como algo de una novela de suspenso de espías, pero en realidad es una manera increíblemente sencilla de comunicarse.

«Por supuesto que la gente ha logrado una señalización de corto alcance usando químicos, pero hemos ido a un nivel superior y hemos comunicado mensajes continuos y genéricos con éxito a lo largo de varios metros.

«La señalización es algo que vemos todo el tiempo en el mundo natural… las abejas, por ejemplo, utilizan los productos químicos en las feromonas para señalar a las demás cuando hay una amenaza a la colmena.

«En el mundo de los humanos modernos, nuestro método no sustituye a las ondas electromagnéticas que transmiten la mayor parte de nuestros datos, pero hay algunas áreas en las que los sistemas de comunicación convencionales no están particularmente bien adaptados.

«Por ejemplo, en el interior de túneles, tuberías o estructuras subterráneas profundas, las señales químicas pueden ofrecer una forma más eficiente de transmitir los datos de los sensores, como los que se solicitan para la salud de las estructuras y procesos.

«Entre las aplicaciones potenciales están las específicas de monitoreo inalámbrico de obras de alcantarillado y plataformas petrolíferas. Esto podría evitar futuros desastres, como la acumulación de grasa del tamaño de un autobús que se encontró bloqueando las redes de alcantarillado de Londres en 2013, y el derrame de petróleo de Deepwater Horizon en 2010.»

«También se pueden utilizar para comunicarse en nanoescala, por ejemplo en la medicina, donde avances recientes significan que es posible integrar sensores en los órganos del cuerpo o crear robots en miniatura para llevar a cabo una tarea específica, como dirigir fármacos a las células cancerosas.

«En estas pequeñas escalas y en entornos estructurales especiales, hay limitaciones con las señales electromagnéticas tales como la relación de tamaño de la antena a la longitud de onda de la señal, que no tiene la comunicación química.

«Las señales de comunicación moleculares también son biocompatibles y requieren muy poca energía para generarlas y propagarse.»

El equipo ahora pondrá en marcha una empresa que tiene como objetivo ofrecer una gama de productos industriales y académicos en el mercado.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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