Química Prebiótica

La fase prebiótico La vida de la Tierra no duró mucho en la historia del planeta, solo 500 millones de años, pero en ese tiempo se dispuso de todas las moléculas necesarias para el metabolismo, la propagación de la información en un gen primordial y el autoensamblaje de una membrana para la protocélula. . Esto demuestra que el entorno químico prebiótico era complejo, y que el planeta proporcionaba las condiciones ideales en su superficie para la generación de moléculas necesarias para la vida. Estas son condiciones mucho más favorables que las del medio interestelar para esta generación, como temperatura, densidad, agua líquida, rayos y actividad volcánica. La Tierra prebiótica puede tratarse como un sistema abierto, donde la energía y la materia se agregan continuamente, pero aún en equilibrio térmico local.

Hay dos teorías sobre la producción de todas las moléculas necesarias para la vida durante el fase prebiótica. Una de ellas se basa en su producción exógena, es decir, que las moléculas prebióticas ya están formadas en los meteoroides y que enriquecen con ellas a la Tierra cuando caen en ella. Esta teoría se basa principalmente en análisis orgánicos de meteoritos y en el hecho de que la tasa de caída de estos cuerpos en la Tierra era muy alta en ese momento.

La segunda teoría se basa en una producción endógena de moléculas prebióticas, asumiendo que fueron sintetizadas a gran escala en el planeta. La primera y más conocida evidencia de este tipo de producción es el Experimento Urey-Miller (Figura 1), en el que las moléculas necesarias para la vida se formaron a partir de una mezcla de gases que se cree representan la atmósfera primordial de la Tierra.

Urey y Miller partieron de la suposición de que la atmósfera primordial debería estar libre de oxígeno y tendría una composición similar a la de Júpiter, formada principalmente por H_dosCH₄ y NH₃, más vapor de agua: una atmósfera reductora. De las principales fuentes de energía -radiación solar, relámpagos y actividad volcánica-, los dos científicos simularon inicialmente solo relámpagos, utilizando descargas eléctricas en la mezcla de gases. El resultado fue la producción de los 20 tipos de aminoácidos, así como de hidroxiácidos, ácidos alifáticos pequeños, urea y otras moléculas orgánicas, todos los cuales son importantes para la vida.

La formación de aminoácidos en el Experimento de Urey-Miller es casi seguro a través de la Síntesis de Strecker (Figura 2). En él, un aldehído reacciona inicialmente con NH₃ para dar una imina intermedia, a la que luego se agrega HCN en una adición nucleófila. El nitrilo α-amino resultante sufre hidrólisis, con la formación de un carboxilo en lugar del grupo nitrilo, completando así la síntesis. El mecanismo muestra que los aminoácidos no se forman a partir de la descarga eléctrica, sino en reacciones que se producen tras la condensación del agua. Es decir, a través de este proceso, se produciría una acumulación de aminoácidos en los océanos a lo largo del tiempo. Por lo tanto, la producción de aminoácidos parece ser simple tanto en la teoría exógena como en la endógena.

Sin embargo, el modelo más actual de la atmósfera primitiva muestra que no sería tan reductor como el simulado por Urey y Miller. Primero, el experimento no tuvo en cuenta las emisiones de gases de la actividad volcánica. En la década de 1980, se propuso que la atmósfera primordial estaba compuesta por CO_dosNo_dosh_dosO y cantidades más pequeñas de CO y H_dos. Además, la H_dos es un gas ligero, por lo que se va perdiendo gradualmente del planeta. Por otro lado, en ese momento la luminosidad del Sol era un 25% menor que la actual. Sin un gran efecto invernadero, los océanos se congelarían. Este hecho hizo que el nivel previsto de CO_dos en la atmósfera primordial aumentó dramáticamente. Y usando esta nueva mezcla, la producción de aminoácidos y otras moléculas prebióticas fue mucho menor, lo que comprometió en gran medida la teoría endógena.

Finalmente, en 2005, De Sterck y colaboradores demostraron que la fuga del H_dos de la atmósfera primordial debe haber ocurrido dos órdenes de magnitud más lento de lo propuesto anteriormente. El equilibrio entre el escape de H_dos y la emisión del mismo gas por volcanes y océanos mantuvo la concentración de gas en torno al 30%. Con este ambiente, la producción de moléculas prebióticas de forma endógena vuelve a ser considerable.