Poderosas llamaradas solares son probablemente el origen de la vida en la Tierra

El origen de la vida en la Tierra es uno de los enigmas fundamentales de la ciencia moderna. Los datos geofísicos y fósiles indican que probablemente apareció hace más de cuatro mil millones de años, durante el Hadeano. Sin embargo, las condiciones ambientales que contribuyeron a la complejidad de su química son poco conocidas. A finales de 1800, se especuló que las primeras moléculas orgánicas se crearon en una “sopa primitiva” de varios productos químicos. Los rayos, el calor y otras fuentes de energía alimentaron esta sopa. En la década de 1950, para probar esta hipótesis, el biólogo de la Universidad de Chicago Stanley Miller y el químico Harold Hurey comenzaron a simular las condiciones de la Tierra primitiva en el laboratorio, en un famoso experimento de Miller.

La búsqueda de una fuente de energía suficiente en el origen de la vida

En ese momento se asumió que la atmósfera primitiva de la Tierra se estaba reduciendo considerablemente. Habría entonces abundancia de metano (CH4), amoníaco (NH3) y agua (H2O). Por lo tanto, los dos científicos reprodujeron estas condiciones en una cámara cerrada. Luego usaron una chispa eléctrica como fuente de energía (para simular un rayo). Unos días después, descubrieron que se habían formado una veintena de aminoácidos diferentes. Un buen comienzo en el origen de la vida…

Sin embargo, estudios fotoquímicos posteriores sugirieron que el amoníaco y el metano eran realmente escasos. Las emisiones UV del joven Sol los habrían destruido rápidamente. Los datos geoquímicos indicaron que la atmósfera de la Tierra estaba dominada por una mezcla de nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2). Fue el resultado de la liberación volcánica global del planeta. Sin embargo, el experimento de Miller-Urey realizado en estas condiciones no produjo moléculas prebióticas.

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El N2 y el CO2 aún pueden producir aminoácidos, pero en cantidades muy reducidas. La fotodisociación de enlaces N≡N requiere mucha más energía. Además, el elemento nitrógeno (N) es fundamental para la formación de aminoácidos. Por lo tanto, los científicos buscaron fuentes de energía alternativas a los rayos. Algunos se refirieron a ondas de choque producidas por meteoritos, otros citaron la radiación solar ultravioleta.

Pero los rayos cósmicos galácticos están emergiendo rápidamente como una fuente de energía más plausible. Los experimentos de irradiación de protones en mezclas de gases que contenían CH4 (o CO), N2 y agua condujeron a una producción sostenida de aminoácidos. Este fue muy superior al proporcionado por los rayos o UV. Pero resulta que la intensidad de la radiación cósmica galáctica durante el Hadeano era mucho menor de lo que es hoy. Por el contrario, las superllamaradas solares fueron particularmente frecuentes y muy energéticas. Hubo una energía hasta 1000 veces mayor que la de las erupciones observadas hoy.

Radiación solar un 30% inferior a la actual

Vladimir Airapetian es un astrofísico estelar en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Por lo tanto, se basó en datos de la misión Kepler de la NASA para proponer una nueva hipótesis. Las partículas energéticas del Sol, emitidas durante estas superllamaradas, quizás estén en el origen de la vida, es decir, los primeros componentes básicos de la vida en la Tierra.

Lanzado en 2009, el telescopio Kepler tenía como objetivo realizar un censo de exoplanetas ubicados en una determinada región de la Vía Láctea, orbitando estrellas similares al Sol. Durante casi diez años, observó estrellas distantes en diferentes etapas de su ciclo de vida. Los datos recopilados también proporcionaron información sobre el pasado de nuestro Sol. Un estudio publicado en 2016 explica que hace unos cuatro mil millones de años, la Tierra recibía solo alrededor del 70% de la energía del Sol en comparación con la actualidad.

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Gigantescas explosiones sacudieron la superficie del Sol, expulsando enormes cantidades de materia y radiación al espacio. Hoy, solo vemos tales erupciones una vez cada 100 años. ” Durante los primeros 100 millones de años correspondientes al comienzo del Hadeano (hace 4.400 millones de años), se produjeron supererupciones solares a razón de un evento cada 3 a 10 días. “dicen los investigadores. Por lo tanto, las partículas solares podrían haber chocado con la atmósfera terrestre, iniciando reacciones químicas, en el origen de la vida.

Cromatogramas HPLC de aminoácidos formados por irradiación de protones de mezclas gaseosas de CO2, CH4, N2 y H2O en diferentes proporciones. (a) rCH4 = 0, (b) rCH4 = 0,01, (c) rCH4 = 0,02, (d) rCH4 = 0,05, (e) rCH4 = 0,2, (f) rCH4 = 0, 5. Créditos: Kobayashi et al. , vida (2023)

Con la ayuda del profesor Kensei Kobayashi de la Universidad Nacional de Yokohama, quien ha pasado los últimos 30 años estudiando la química prebiótica, Airapetian comenzó a examinar la formación de aminoácidos y ácidos carboxílicos en la atmósfera terrestre. Primitivos simulados, que contienen una mezcla de N2, CO2, CH4 y H2O en varias proporciones. Bombardearon estas mezclas de gases con protones. El objetivo es simular partículas solares. Los investigadores también utilizaron una descarga eléctrica como otra fuente de energía para simular un rayo, a modo de comparación. Los resultados de sus experimentos fueron publicados. en la revisión Vida.

Los precursores más efectivos de la vida.

Los dos investigadores y su equipo informan que, siempre que la proporción de metano sea superior al 0,5 %, el bombardeo de protones produce cantidades detectables de aminoácidos y ácidos carboxílicos. Por el contrario, se requiere una concentración de metano de alrededor del 15% para la formación de aminoácidos a través de chispas de descarga. ” E incluso con un 15% de metano, la tasa de producción de aminoácidos por un rayo es un millón de veces menor que la de los protones. », añadido airapetiano.

Rendimientos de ácidos carboxílicos formados a partir de mezclas gaseosas de CO2, CH4, N2 y H2O por descargas de chispa (SD) o irradiación de protones (PI). El contenido de metano fue 0%, 5% o 25% como se muestra en la figura. C1: ácido fórmico. C2: ácido acético. C3: ácido propanoico. iC4: ácido isobutírico. iC5: ácido isovalérico. C2di: ácido oxálico. C3di: ácido malónico. C4di: ácido succínico. C5di: ácido glutárico. Créditos: Kobayashi et al., Life (2023)

Además, los experimentos han demostrado que los protones tienden a producir más ácidos carboxílicos (precursores de aminoácidos) que descargas de chispas. En conclusión, en igualdad de condiciones, las partículas solares parecen ser una fuente de energía más eficiente que los rayos. ” Probablemente las cosas no eran las mismas. Airapetian señaló.

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Miller y Urey asumieron que los rayos eran tan comunes hace cuatro mil millones de años como lo son hoy. Sin embargo, Airapetian cree que los relámpagos eran bastante raros cuando el Sol era un 30 % más débil. ” En condiciones frías, nunca hay relámpagos, y la Tierra primitiva estaba bajo un sol muy débil. Esto no significa que los rayos no hayan podido ser la causa del fenómeno. Sin embargo, hoy parece menos probable, y las partículas solares parecen más probables. “, el explica.

Los resultados sugieren además que la producción endógena de aminoácidos en la Tierra a través de partículas solares energéticas puede haber superado la producción extraterrestre a través de impactos de cometas y condritas carbonáceas. En resumen, estos experimentos recientes sugieren que nuestro joven Sol, particularmente activo en ese momento, podría haber proporcionado la energía necesaria para la formación de los elementos precursores de la vida. Todo esto es más fácil y quizás antes de lo que se pensaba.