Cuando la misión OSIRIS-REx de la NASA devolvió material del asteroide Bennu en 2023, los científicos confirmaron que las rocas de 4.600 millones de años contenían aminoácidos que hacen posible la vida. Los aminoácidos son responsables de la formación de proteínas y péptidos en el ADN y son fundamentales para casi todos los procesos biológicos. Lo que no estaba claro era, en primer lugar, cómo se formaron estas moléculas en el espacio.
Una nueva investigación dirigida por científicos de Penn State sugiere que al menos algunos de los aminoácidos del universo pueden haberse originado en condiciones radiactivas y extremadamente frías en el sistema solar primitivo. Los resultados se publicaron el 9 de febrero. Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Según el equipo, las firmas químicas en las muestras de Bennu indican que estos aminoácidos probablemente se formaron mediante un proceso diferente al que los científicos han asumido tradicionalmente, y en condiciones mucho más duras de lo esperado.
“Nuestros resultados cambian el guión sobre cómo normalmente pensamos en producir aminoácidos en asteroides”, dijo Alison Baczynski, profesora asistente de investigación de geociencias en Penn State y coautora principal del artículo. “Ahora parece que hay muchas condiciones bajo las cuales se pueden formar estos componentes básicos de la vida, no solo agua líquida tibia. Nuestro análisis muestra que hay mucha más diversidad en las vías y condiciones bajo las cuales se pueden formar estos aminoácidos”.
El análisis de isótopos revela el origen de la glicina
Los investigadores trabajaron con pequeñas cantidades de material Bennu, aproximadamente del tamaño de una cucharadita. Utilizando instrumentos especialmente adaptados, midieron los isótopos, que son ligeras diferencias en las masas de los átomos. Estos cambios sutiles pueden revelar cómo y dónde se formó la molécula.
El equipo se centró en el aminoácido glicina más simple. La glicina es una pequeña molécula de dos carbonos que juega un papel fundamental en la biología. Los aminoácidos están unidos en cadenas para formar proteínas, que realizan casi todas las funciones esenciales en los organismos vivos, desde la construcción de células hasta la realización de reacciones químicas.
Debido a que la glicina puede formarse bajo una variedad de condiciones químicas, los científicos a menudo la usan como marcador de la química prebiótica temprana. Su presencia en asteroides y cometas apoya la idea de que algunas de las materias primas para la vida se crearon en el espacio y luego fueron entregadas a la Tierra.
Desafiando la teoría del agua cálida
Durante muchos años, la principal explicación de cómo se formó la glicina fue un proceso conocido como síntesis de Strecker. En esta reacción, el cianuro de hidrógeno, el amoníaco y el aldehído o cetona se combinan en agua líquida. Ese modelo sugería que los aminoácidos se formaban en un ambiente relativamente suave y rico en agua.
Sin embargo, la evidencia isotópica de Bennu apunta en una dirección diferente. Los datos sugieren que su glicina puede haberse formado no en agua líquida cálida, sino en hielo congelado expuesto a la radiación en las regiones exteriores del joven sistema solar.
“Aquí en Penn State, hemos modificado instrumentos que nos permiten realizar mediciones isotópicas en compuestos orgánicos de muy baja abundancia como la glicina”, dijo Baczynski. “Sin los avances tecnológicos y la inversión en equipos especializados, nunca hubiéramos hecho este descubrimiento”.
Comparando a Bennu con el meteorito Murchison
Los científicos han estudiado durante mucho tiempo los aminoácidos en meteoritos ricos en carbono, incluido el conocido meteorito Murchison que cayó en Australia en 1969. Para comprender mejor la química de Bennu, el equipo de Penn State comparó sus aminoácidos con los meteoritos encontrados en Murchison.
La comparación reveló diferencias importantes. Los aminoácidos de Murchison parecen haberse formado en un ambiente que incluía agua líquida y temperaturas moderadas. Estas condiciones pueden haber existido en los núcleos de los meteoritos y también estuvieron presentes en la Tierra primitiva.
“Una de las razones por las que los aminoácidos son tan importantes es que creemos que desempeñaron un papel importante en cómo comenzó la vida en la Tierra”, dijo la coautora principal Ophelie McIntosh, investigadora postdoctoral en el Departamento de Geociencias de Penn State. “Una de las verdaderas sorpresas es que los aminoácidos de Bennu muestran un patrón isotópico muy diferente al de Murchison, y estos resultados sugieren que los cuerpos principales de Bennu y Murchison probablemente se originaron en regiones químicamente distintas del Sistema Solar”.
Nuevas preguntas sobre las moléculas imagen especular
El estudio también encontró un resultado sorprendente. Los aminoácidos existen en dos formas especulares: zurdos y diestros. Anteriormente, los científicos habían esperado que estas formas emparejadas compartieran la misma firma isotópica.
Pero en las muestras de Bennu, las dos versiones especulares del ácido glutámico tienen valores de nitrógeno dramáticamente diferentes. Aún se desconoce por qué formas de espejos químicamente idénticas exhibirían firmas de nitrógeno tan diferentes, y los investigadores planean investigar más a fondo.
“Tenemos más preguntas que respuestas en este momento”, dijo Baczynski. “Esperamos poder seguir analizando una variedad de meteoritos diferentes para observar sus aminoácidos. Queremos saber si siguen pareciéndose a Murchison y Bennu, o tal vez hay más diversidad en las condiciones y vías que podrían crear los componentes básicos de la vida”.
Otros coautores de Penn State son Mila Matney, candidata a doctorado en geociencias; Christopher House, profesor de geociencias; y Kathryn Freeman, profesora de Geociencias de la Universidad Ivan Pugh en Penn State.
Otros autores del artículo son Daniel Simkas y Hannah McLain del Centro de Investigación y Exploración en Ciencia y Tecnología Espaciales (CRESST) del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland; Jason P. Dworkin, Daniel P. Glavin y Jamie E. Elsilla de la División de Exploración del Sistema Solar Goddard de la NASA; y Harold C. Conley Jr. de la Universidad Rowan, Museo Americano de Historia Natural, y Dante S. Loretta del Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona y el Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona.
