Los rayos cósmicos podrían haber influenciado la quiralidad en el origen de la vida


Hay cosas verdaderamente impresionantes que no nos llaman la atención, porque nos hemos acostumbrado a que son así. Por ejemplo, cómo es que tenemos dos manos, dos pies, dos ojos, dos orejas, y todos son perfectamente idénticos ante nuestros ojos, pero sus imágenes no se pueden superponer. Solo tiene sentido cuando se contempla desde su lugar de origen. Entonces concluimos que la mano izquierda en el lugar de la mano derecha, y la mano derecha en el lugar de la izquierda, no se pueden superponer. Y esto supone un enorme problema desde el punto de vista estrictamente científico. Aquí está la quiralidad en la vida desde sus origines. ¿En dónde está el origen de esto?

Los organismos vivos comprenden un sistema de moléculas organizadas con una quiralidad específica. La quiralidad es la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular. Como ejemplo sencillo, mencionado anteriormente, la mano izquierda humana no es superponible con su imagen especular (la mano derecha). Como contraejemplo, un cubo o una esfera sí son superponibles con sus respectivas imágenes especulares.

En un documento científico publicado en la revista Astrophysical Journal Letters, un dúo de investigadores especula que la interacción, entre las formas de vida prototípicas y los rayos cósmicos polarizados magnéticamente, puede ser responsable de esta preferencia estructural en las moléculas biológicas.

Denomino quiral y digo que tiene quiralidad toda figura geométrica, o todo grupo de puntos, si su imagen en su espejo plano, idealmente realizada, no puede hacerse coincidir consigo misma.

- Lord Kelvin

La homo-quiralidad biológica, una uniformidad de quiralidad, fue descubierta en 1848 por el biólogo, microbiólogo y químico francés Louis Pasteur.

Desde entonces, los científicos han debatido si la quiralidad de la vida fue impulsada por un supuesto "azar" o por alguna influencia determinista desconocida.

Los objetos son quirales cuando no pueden superponerse en sus imágenes especulares. Por ejemplo, las manos izquierda y derecha de un humano son aproximadamente imágenes especulares entre sí, pero no son sus propias imágenes especulares, por lo que son quirales. En biología, 19 de los 20 aminoácidos naturales son homo-quirales, siendo L-quiral (zurdo), mientras que los azúcares son D-quiral (diestro).

No está claro si la homo-quiralidad surgió antes o después de la vida, y se han propuesto muchos mecanismos para su origen. Algunos de estos modelos proponen tres pasos distintos: la ruptura de la simetría del espejo crea un desequilibrio enantiomérico diminuto, la amplificación quiral se basa en este desequilibrio y la transmisión quiral es la transferencia de quiralidad de un conjunto de moléculas a otro.

Louis Pasteur planteó la hipótesis de que, si la vida es asimétrica, puede deberse a una asimetría en las interacciones fundamentales de la física que existen en todo el cosmos.

"Proponemos que la quiralidad biológica que presenciamos ahora en la Tierra se debe a la evolución en medio de la radiación polarizada magnéticamente, donde una pequeña diferencia en la tasa de mutación puede haber promovido la evolución de la vida basada en el ADN, en lugar de su imagen especular", dijo el Dr. Noémie Globus, investigadora del Centro de Cosmología y Física de Partículas de la Universidad de Nueva York y del Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron.

En su documento científico, el Dr. Globus y el profesor Roger Blandford de la Universidad de Stanford sostienen que los rayos cósmicos son una pieza importante del rompecabezas quiral de la vida en la Tierra.

"Los rayos cósmicos son una forma abundante de radiación de alta energía que se origina en varias fuentes en todo el Universo, incluidas las estrellas y las galaxias distantes", explicaron los científicos.

"Después de golpear la atmósfera de la Tierra, los rayos cósmicos eventualmente se degradan en partículas fundamentales. A nivel del suelo, la mayoría de los rayos cósmicos existen solo como partículas conocidas como muones".

"Los muones son partículas inestables, que existen por solo 2 millonésimas de segundo, y están polarizados magnéticamente, lo que significa que, en promedio, todos los muones comparten la misma orientación magnética. Cuando los muones finalmente se descomponen, producen electrones con la misma polarización magnética".

La nueva hipótesis
Las partículas de alta energía que se originan en el Sol y la Vía Láctea chocan con nitrógeno y oxígeno en la atmósfera superior. A nivel del suelo, la lluvia de rayos cósmicos está dominada por muones polarizados magnéticamente. En los sitios proto-biológicos, los ácidos nucleicos asumieron una conformación helicoidal derecha o izquierda. La radiación polarizada magnéticamente ioniza preferentemente un tipo de quiralidad que conduce a una tasa de mutación ligeramente diferente entre las dos formas de vida prototípicas. Con el tiempo, las moléculas diestras evolucionaron más que sus contrapartes zurdas.

Los científicos creen que la capacidad de penetración del muon le permite a él y a sus electrones "hijos" afectar potencialmente las moléculas quirales en la Tierra y en cualquier otro lugar del Universo.

Su hipótesis es que, al comienzo de la vida en la Tierra, esta radiación constante y consistente afectó la evolución de las dos formas de vida de diferentes maneras, ayudando a una a prevalecer sobre la otra.

Estas pequeñas diferencias en la tasa de mutación habrían sido más significativas cuando la vida comenzaba y las moléculas involucradas eran muy simples y más frágiles.

En estas circunstancias, la influencia quiral pequeña pero persistente de los rayos cósmicos podría haber producido, durante miles de millones de generaciones de evolución, la única quiralidad biológica definitiva que vemos hoy en la Tierra.

Los investigadores sugieren experimentos que podrían ayudar a probar o refutar su hipótesis de rayos cósmicos. Por ejemplo, les gustaría probar cómo responden las bacterias a la radiación con una diferente polarización magnética.

“Nunca se han realizado experimentos como este y estoy emocionado de ver lo que nos enseñan. Las sorpresas, inevitablemente provienen de un trabajo adicional en temáticas interdisciplinarias”, dijo el Dr. Globus.

El equipo también espera muestras orgánicas de cometas, asteroides o de Marte para ver si también exhiben una configuración quiral como en la Tierra.

"Esta idea conecta la física fundamental y el origen de la vida", dijo el profesor Blandford.

"Independientemente de si es correcto o no, unir estos campos muy diferentes es emocionante, y un experimento exitoso debería ser interesante".

Referencia del documento científico:
Noemie Globus y Roger D. Blandford. 2020. El rompecabezas quiral de la vida. The Astrophysical Journal Letters, Volumen 895, Número 1; doi: 10.3847 / 2041-8213 / ab8dc6

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