06/12/2019

La NASA descobreix sucres essencials per a la vida en meteorits

Clic per engrandir.

La ribosa és un sucre que permet la fabricació d’ARN i ADN. Mai no s'havia descobert en meteorits i ara s'ha fet. Això reforça la idea que els maons de la vida originàriament provenien de l’espai, permetent així la seva aparició a la Terra.

La invenció de l’espectròmetre de masses de Francis Aston el 1919 (que ordena i identifica els ions segons la seva massa i càrrega elèctrica), que es basava en èxits anteriors de Wilhelm Wien i JJ Thomson, va permetre als geòlegs i geofísics a submergir-se a les entranyes de les roques per deduir les seves composicions i la seva edat. Els químics van seguir el seu cas i van començar a detectar molècules orgàniques de manera que a partir de 1958, l'espectrometria de masses va començar a identificar aminoàcids i fins i tot pèptids.

A la cruïlla d’aquestes disciplines, trobem la cosmoquímica que estudia en particular els meteorits i les seves relacions amb els cometes, els asteroides i el medi interestel·lar. La cosmoquímica és una de les disciplines utilitzades pels exobiòlegs per comprendre l’origen de la vida a la Terra i per intentar avaluar les probabilitats de la seva aparició en un altre lloc del cosmos observable. Un equip internacional d’investigadors acaba de publicar un article a Proceedings of the National Academy of Sciences, sobre aquesta fita ja que anuncien la primera detecció en meteorits d’un sucre i sobretot no només qualsevol sucre ja que és ribosa, un dels ingredients bàsics per a la constitució de l’àcid ribonucleic (ARN) i fins i tot de l’ADN, les molècules fonamentals dels éssers vius

Es tracta d’un model de l’estructura molecular de ribosa amb un fragment del meteorit
Murchison. La ribosa i altres sucres s’han trobat en aquest meteorit. © Yoshihiro Furukawa

Condrites riques en molècules orgàniques prebiòtiques

El descobriment es va fer analitzant mostres de pols mitjançant una tècnica d’espectrometria de masses per cromatografia de gasos. Dos meteorits van ser objecte d’aquestes anàlisis, NWA 801 (CR) i Murchison (CM). També s’han identificat per primera vegada altres dos sucres biològicament importants en meteorits: L’arabinosa o sucre de pectina (les pectines estan presents en grans quantitats a les parets de la planta de moltes fruites i verdures) i la xilosa (sucre de fusta o sucre de bedoll).

El meteorit Murchison ha estat l'objecte d'atenció dels exobiòlegs durant molt de temps. Caigut a prop de la petita ciutat de Murchison, a Austràlia, el 1969, aquesta condrita carbònica va lliurar als cosmoquímics al llarg dels anys més de 70 aminoàcids. Van descobrir en forma de rastres; alanina, glicina, valina, leucina, isoleucina, prolina, àcid aspàrtic i àcid glutàmic, tots ells presents a les proteïnes de la vida, tal com ara ho coneixem de la Terra.

També s’hi van trobar purines i pirimidines. Aquestes molècules són les bases de l’ADN i l’ ARN que formen el material genètic de tots els éssers vius del nostre planeta.

Una mostra del meteorit NWA 801 de tipus CR. Els meteorits del grup CR porten el
nom del seu exemplar tipus, que va caure a Itàlia el 1824 a Renazzo. Només hi
ha 15 conditres de CR conegudes. La diferència principal amb les condrites CM és
que contenen fins a un 10% de metall reduït en forma de níquel-ferrol i
sulfur de ferro. © Jon Taylor, CC by-sa 2.0

Al comunicat de la NASA es refereix Yoshihiro Furukawa de la Universitat Tohoku del Japó, l'autor principal de l'estudi publicat a PNAS quan explica que: "Altres elements la vida ja s’ha descobert en meteorits, inclosos aminoàcids (components proteics) i bases nucléiques (components de l’ADN i l’ARN), però els sucres han estat un element que falta entre els elements principals constitutius de la vida. Aquesta investigació proporciona les primeres proves directes de l’existència de ribosa a l’espai i el lliurament d’aquest sucre a la Terra. Aquest sucre extraterrestre podria haver contribuït a la formació d’ARN a la Terra prebiòtica, el que possiblement podria ser l'origen de la vida".

"És notable que es pugui detectar una molècula tan fràgil com la ribosa en un material tan antic", va dir Jason Dworkin, també en el mateix comunicat, al Centre de vol espacial Goddard de la NASA a Greenbelt. Maryland i coautor de l'estudi realitzat. Per a aquest investigador, "Aquests resultats ajudaran a guiar les nostres anàlisis de mostres dels asteroides originals Ryugu i Bennu, que seran reportats a la Terra per la sonda Hayabusa-2 de l'Agència Aeroespacial de Japó i la sonda Osirix-REx de la Nasa".

La geoquímica i la cosmoquímica és l'estudi d'elements químics per comprendre la història
de la Terra i els planetes. Entrevistes amb Manuel Moreira, professor de la
Universitat París Diderot i altres membres de l’equip. © Canal IPGP.
Pots triar l'idioma del subtítols a configuració del vídeo.

Un món d’ARN?

Darrere d’aquests reflexos sempre hi ha la mateixa idea, que els maons de la vida podrien haver estat portats a la Terra fa 4.500 milions d’anys per meteorits i cometes on hi havia una química prebiòtica activa, escampant les molècules orgàniques detectades als núvols del medi interestel·lar a on neixen les estrelles, i haurien preparat el que va iniciar la vida.

Curiosament, no ha estat possible descobrir 2-desoxiribosa en meteorits, el sucre implicat en la formació d’ADN. Això dona crèdit a la hipòtesi de l'ARN World (RNA World), que la molècula d'ARN va aparèixer per primera vegada a la Terra, presidint les etapes més primerenques de la vida.

Els cosmoquímics ara volen determinar si els sucres presents en meteorits tenen una quiralitat particular. Hi ha a aquest respecte el famós enigma de la quiralitat per a les molècules dels éssers vius de la Terra. S'han considerat diversos escenaris per explicar-ho i l'estudi dels meteorits podria proporcionar les claus per decidir entre ells.

Els cometes poden fabricar un sucre d'ADN

A falta de poder examinar centenars de cometes reals, els científics els fabriquen al laboratori per estudiar què tenen a l'interior. Un equip, que ja havia descobert "maons moleculars" en un cometa artificial, ha detectat ribosa, un component clau de l'ARN i l'ADN. Un argument addicional per a la teoria dels cometes com a font de molècules orgàniques que han fet possible la vida a la Terra.

Com va aparèixer la vida a la Terra? Molts científics realitzen la investigació per intentar reconstruir el que pot haver passat fa uns 4.000 milions d’anys, just abans que les primeres formes de vida colonitzessin aquest món. Entre els escenaris considerats, destaca l’atenció dels investigadors el de la panspèrmia, almenys a nivell molecular.

La idea és que els ingredients bàsics de la química de la vida, és a dir, les molècules orgàniques, com els aminoàcids, els sucres i altres hidrocarburs, provenen de matèria extraterrestre, portades per cometes, asteroides. o fins i tot pols (els micrometeorits arribats a la Terra representen 10.000 tones anuals). Aquests cossos eren una legió per impulsar els joves planetes en aquests temps convulsos del jove sistema solar. Un bombardeig tardà massiu era sospitós, a més, d’haver portat una part de l’aigua dels nostres oceans i de la que bevem avui (encara es parla de l’origen de l’aigua).

S'ha identificat una àmplia gamma de matèria orgànica dins de la nebulosa d'Orió - una famosa
regió formadora d'estrelles a uns 1.400 anys llum de la Terra- explorada pels telescopis
espacials Herschel i Spitzer: formaldehid, metanol, dimetil èter, cianur d’hidrogen, òxid de sofre,
diòxid de sofre, aigua. Aquestes molècules poden ser la font d’una química que condueix a
compostos més complexos, com ara alcohols, sucres o aminoàcids. © ESA, Hexos, Consorci HIFI

Els cometes transporten els ingredients del sistema solar precoç

Per aquests i altres motius, els investigadors tenen moltes ganes de visitar nuclis cometaris. Cúmuls de gel i pols, aquests cossos foscos que es creuen, en la seva major part (són desenes de milers de milions), a les regions més remotes del Sistema Solar, es consideren fòssils reals. De fet, d’alguna manera han mostrat i han conservat el material de la nebulosa primitiva al centre de la qual ha desenvolupat el Sol i els seus planetes. Què millor que poder anar al seu encontre per ensumar molècules orgàniques?. Sis missions ja han provat l’aventura, no sense dificultats. Una d'elles, Rosetta, va tenir un molt bon èxit malgrat els problemes del seu aterrador Philae. Certament, no podia fer tot el que volia (com foradar el terreny i treballar-hi durant setmanes), però va capturar, en gairebé tres dies, informació valuosa sobre el terreny.

Mentre esperem a altres Rosetta (el nom del qual fa referència a la famosa pedra Rosetta), cares missions que poden ser molt llargues, diversos laboratoris estan assajant a la cuina cosmoquímica: fer que els mini-cometes siguin comparables als que coneixem, i estudiar què pot passar, segons les condicions a què estiguin sotmesos.

La ribosa, un sucre amb cinc àtoms de carboni, es forma en el mantell de gel dels grans de pols,
a partir de molècules simples precursores (aigua, metanol i amoníac) i sota l'efecte d'una
radiació intensa. © Cornelia Meinert (CNRS), Andy Christie (Slimfilms.com)

Tots els ingredients prebiòtics estan junts

En un article acabat de publicar a la revista Science, un equip internacional explica com la ribosa, el sucre a la base de l'ARN (aquesta és la "R" d'aquest acrònim, per tant el "Ribo" de l'àcid ribonucleic) i ADN (àcid desoxiribonucleic), aparegut en un exemple artificial creat en condicions realistes. Aquesta molècula no s'ha detectat mai en un cometa o asteroide real, però l'experiència demostra que és possible.

Per fer un micro-cometa artificial, els investigadors de l’Institut d’Astrofísica Espacial van reunir en una cambra de buit a -200ºC els següents ingredients: aigua (H2O), metanol (CH3OH) i amoníac (NH3), per simular la formació de grans de pols recoberts de gel. Aleshores, aquesta matèria primera es va irradiar amb ultraviolats (UV), de la mateixa manera que es pot observar, en altres llocs, a les nebuloses on es formen aquests grans. I finalment, el viatge al voltant del Sol s’ha reproduït canviant la temperatura de l’entorn.

"La seva composició es va analitzar aleshores a l'Institut de Química de Nice gràcies a l'optimització d'una tècnica molt sensible i molt precisa (cromatografia multidimensional en fase gasosa, unida a espectrometria de masses en temps de vol)", explica el CNRS en el seu comunicat de premsa. Resultat: "S'han detectat diversos sucres, entre els quals hi ha ribosa. La seva diversitat i abundàncies relatives suggereixen que estaven formades a partir del formaldehid". Tot i això, el formaldehid (CH2O), creat a partir de metanol i aigua, i també diverses macromolècules s’observen a les nebuloses on es creen noves estrelles, com les d’ Orió.

"Aquest descobriment completa la llista de "maons moleculars" de la vida que es poden formar en gel interestel·lar. Aporta un argument addicional a la teoria dels cometes com a font de molècules orgàniques que han fet possible la vida a la Terra ... i potser en altres llocs de l' Univers", conclou el CNRS.


Ho he vist aquí.