La formación de biopolímeros y otras moléculas biológicas fue un momento clave en los orígenes de la vida en la Tierra primitiva. Sin embargo, estos procesos son difíciles de reproducir en el laboratorio, donde resulta complicado aislar una amplia gama de este tipo de compuestos al mismo tiempo y en cantidades significativas.
Ahora, biofísicos de la Universidad de Munich (Alemania) han demostrado que los flujos de calor que circulan a través de grietas en las rocas, como las que se encuentran en los volcanes o los sistemas geotérmicos, pueden purificar moléculas relevantes para los orígenes químicos de la vida. . Los resultados se publican en la revista Nature.
Para llevar a cabo su investigación han utilizado cámaras de inspiración geológica con diminutas grietas, de unas 170 micras de espesor. En la corteza terrestre se pueden encontrar enormes redes con fisuras similares y se cree que abundaban en nuestro planeta antes de que se formaran los primeros organismos vivos.
“Nuestro sistema experimental (cámaras delgadas con diferencias de temperatura entre ambas caras) imita esas grietas de la roca por las que fluye el calor”, explica a SINC uno de los autores, Christof Mast.
«Dado que esto puede considerarse un residuo energético universal de muchos procesos y que estas grietas se producen, por ejemplo, por el rápido enfriamiento de rocas calientes, el proceso que estamos estudiando podría tener lugar cerca de regiones volcánicamente activas o en sistemas submarinos hidrotermales o geotérmicos. ,» él añade.
Aislar moléculas prebióticas.
La red de grietas recreada en el laboratorio se utilizó para separar más de 50 moléculas importantes para la vida prebiótica de mezclas complejas de aminoácidos, nucleobases (adenina, citosina, guanina, timina y uracilo), nucleótidos y otros compuestos.
Esas mezclas se filtraron a lo largo de un gradiente de temperatura, lo que permitió aislar y enriquecer moléculas específicas debido a ligeras diferencias en su estructura molecular. Así, fue posible separar, por ejemplo, algunos aminoazoles y aminoácidos, aumentando sus concentraciones en un factor de diez y tres órdenes de magnitud, respectivamente.
Los porcentajes podrían mejorarse aún más aumentando el tamaño de la red de grietas y se demostró que son efectivos a diversas temperaturas, solventes y valores de pH.
«Nuestra investigación muestra cómo simples flujos de calor podrían haber puesto orden en el caos químico de tiempos primordiales y fomentado las primeras reacciones prebióticas», dice Mast.
En concreto, se confirmó que las condiciones experimentales facilitaron el acoplamiento de dos moléculas del aminoácido glicina, punto de partida en la síntesis de péptidos, gracias a la formación de concentraciones cinco veces superiores a las de la mezcla de partida.
Experimento y modelo de dimerización de glicina (Gly) con trimetafosfato (TMP) y flujo de calor en grietas. / T. Matreux et al./Naturaleza
Juntos, el grupo de Mast ha demostrado experimentalmente la acumulación selectiva de más de 60 componentes prebióticos y sus diferentes respuestas a los gradientes térmicos en fisuras de rocas.
«En un sistema de grietas y fisuras interconectadas en la roca, este efecto se refuerza y produce mezclas con diferentes composiciones de sustancias prebióticas en cada fisura», afirma Thomas Matreux, otro de los autores.
Por su parte, la coautora Paula Aikkila comenta: «Aunque la solución inicial estaba uniformemente diluida y, por lo tanto, poco reactiva, los flujos de calor simples pueden generar una asombrosa variedad de posibles condiciones iniciales para la química prebiótica».
Según los investigadores, el éxito de su método indica que los flujos de calor geotérmico naturales podrían haber impulsado la separación de sustancias en la Tierra primitiva y proporciona una técnica eficaz para producir los compuestos necesarios para estudiar los orígenes de la vida.
Mast concluye: «El escenario que investigamos podría haber sido una herramienta muy general y ampliamente disponible para que la naturaleza permitiera que se llevaran a cabo diferentes pasos de reacción de manera controlada mediante el enriquecimiento por termogravedad de los intermediarios. Tenga en cuenta que solo hemos aplicado el enriquecimiento a los escenarios «muy simples». Reacción de dimerización de glicina. Las investigaciones futuras se centrarán en reacciones prebióticas más complejas que implican múltiples pasos de reacción».
Referencia:
Thomas Matreux, Christof B. Mast et al. «Los flujos de calor enriquecen los componentes básicos prebióticos y mejoran su reactividad». Naturaleza