Les condrites carbonàcies en la formació de molècules prebiòtiques en un medi de formamida/aigua

Origen de la vida: Una de les primeres etapes en l’origen de la vida és la síntesi abiòtica de les molècules orgàniques necessàries per a la formació dels primers sistemes pre- o protobiòtics. El famós experiment de Miller-Urey en el 1952 mostrà com era possible la síntesi d’un ampli ventall de molècules orgàniques a partir de substrats inorgànics en una atmosfera reductora sotmesa a descàrregues elèctriques. Observacions ulteriors ens han ensenyat la diversitat de molècules orgàniques existents en el medi interestel·lar en condicions abiòtiques. A mesura, però, que tenim més dades sobre les condicions de la Terra primigènia, apareix el repte d’explicar amb més detall els processos implicats en la formació de molècules prebiòtiques. Un exemple de la recerca que es fa actualment sobre la matèria ens l’ofereix un article a Scientific Reports que analitza en el laboratori la capacitat catalítica de diversos meteorits rics en condrites carbonàcies en la síntesi de nucleobases, aminoàcids i àcids carboxílics. L’estudi és el resultat d’una col·laboració entre el Departament de Biologia i Ecologia de la Universitat de Tuscia, a Viterbo, amb Ernesto Di Mauro i Raffaele Saladino, i del grup de Josep M. Trigo-Rodríguez & Carles E. Moyano-Cambero de l’Institut de Ciències Espacials (IEEC) de Bellaterra.

Tall del meteorit d’Allende, la condrita carbonànica més grossa mai trobada a la Terra, caiguda al nostre planeta el 8 de febrer del 1969. En el tall s’aprecien còndrules circulars, característiques d’aquest tipus de meteorits

El rol dels meteorits en l’origen de la vida

Encara no tenim una resposta satisfactòria sobre l’origen de la hidrosfera terrestre i molt menys encara sobre la biosfera. En les darreres dècades ha crescut l’opinió que suposa que asteroids i cometes tingueren un rol en tots dos processos. Al capdavall, la Terra mateixa és el resultat de l’acreció de planetessimals. Pel que fa a la formació de les molècules orgàniques fonamentals que integrarien els primers sistemes prebiòtics, hom ha posat l’atenció en les condrites carbonàcies que, en l’actualitat, suposen el 4,6% dels meteorits que topen amb la Terra. Per analitzar aquest rol, Luca Rotelli, Eleonora Carota i Lorenzo Botta, del DEB de la Universitat de Túscia han realitzat una sèrie d’experiments de condensació barrejant formamida i diverses mostres de meteorits. Aquests meteorits els hi facilitaren Josep M. Trigo-Rodríguez i Carles E. Moyano-Cambero, del Grup de Meteorits, Cossos Menors i Ciències Planetàries, que prèviament havien fet anàlisis de reactivitat dels meteorits. Ernesto Di Mauro i Raffaele Sandino, juntament amb Trigo-Rodríguez, autors del disseny experimental, escrigueren un report que trameteren a Nature el 20 de juliol del 2016, que acceptà per a la publicació a Scientific Reports el passat 14 de novembre.

Les condrites carbonàcies es troben entre els materials més antics del Sistema Solar, amb minerals condensats en la nebulosa primigènia o potser abans i tot. Quan la Terra tenia ja entre 300 i 600 milions d’anys va patir, juntament, amb els altres cossos del Baix Sistema Solar un intens bombardament de meteorits, una minoria dels quals eren carregats de condrites carbonàcies. La composició dels meteorits amb condrites devia diferir substancialment de la composició de l’escorça terrestre: minerals reactius, alt contingut d’aigua (fins a un 25%), presència de molècules orgàniques (amb concentracions d’aminoàcids de l’ordre de 1 ng/g), etc.

Metodologia experimental

De les mostres de meteorit analitzades es descartava el material fusionat de l’escorça i se les esmicolava en un morter. La pols (50 mg) era tractada amb 1 mL de NaOH 0,1 N i amb 3 mL barreja de cloroform-metanol (2:1 v/v). Després se l’exposava a 1 mL de H2SO4 0,1 N i de nou amb la barreja de cloroform-metanol. Com a mostres sense tractar s’utilitzaren els meteorits ALH 84028 i EET 92042.

Per a cada experiment s’escalfava 1 mL de formamida a 140ºC durant 24 hores en presència de la mostra problema (afegida a una concentració de l’1% respecte la formamida). S’hi afegia a la reacció un 40% d’aigua, fos destil·lada (DW), termal (TW) o marina (SW). L’aigua afegida havia estat prèviament filtrada (200 nm de mida de por). Com a reaccions de referència hom utilitzà la formamida sola, la formamida amb aigua però sense meteorit, i el meteorit i l’aigua sense formamida.

En concloure les 24h, les mostres eren centrifugades. El meteorit del pellet era rentat amb metanol, i després destil·lat. Aquest material era analitzat per cromatografia de gasos acoblada a espectrometria de masses, prèvia derivació de les mostres amb N-N-bis-trimetilsilil-trifluoroacetamida i piridina, i emprant com a estàndard intern àcid betulínic i àcid 3beta-hidroxi-20-lupenoic.

Els resultats per als sis meteorits analitzats

Comptat i debatut, s’analitzaren mostres de sis meteorits amb condrites carbonàcies: ALH 84028 (classe CV3), EET 92042 (classe CR2), MIL 05024 (classe CO3), LAR 04318 (classe CK4), GRO 95551 (classe C-ung) i GRO 95566 (classe C2-ung).

De les reaccions amb mostres no tractades de meteorits es dedueix que aquests materials no alliberen substàncies orgàniques endògenes.

Esquema de les substàncies orgàniques formades a partir de la formamida i l’aigua en presència de meteorits: àcid glicòlic (1), àcid oxàlic (2), àcid pirúvic (3), àcid làctic (4), àcid parabànic (5), àcid màlic (6), àcid succínic (7), àcid oxalacètic (8), àcid fumàric (9), àcid cetoglutàric (10), àcid cítric (11), àcid palmític (12), àcid esteàric (13), uracil (14), adenina (15), guanina (16), hipoxantina (17), isocitosina (18), 2,6-diaminopurina (19), 4-pirimidinona (20), àcid uracil-5-carboxílic (21), 2,4-diamin-6-hidroxipirimidina (22), glicina (23), formil-glicina (24), alanina (25), urea (26), guanidina (27).

Pel que fa al meteorit ALH 84028, en presència d’aigua destil·lada, el ventall de substàncies produïdes a partir de la formamida era limitat (àcid oxàlic, àcid cítric, àcid palmític, àcid esteàric, glicina, urea, guanidina). Però si la incubació s’havia fet amb aigua termal o amb aigua marina, el ventall de substàncies produïdes era molt més ampli.

Per als altres meteorits, la incubació amb l’aigua termal resultava més favorable en termes de varietat i de rendiment que no pas amb aigua marina. Els meteorits que produïen una major nombre d’espècies d’àcids carboxílics eren ALH 84028, LAR 04318 i GRO 95566. L’àcid màlic tan sols fou produït en presència de LAR 04318. L’àcid oxalacètic tan sols va aparèixer en les reaccions amb EET 92042 i GRO 95566. Un altre cas d’especificitat el trobem en la comparació entre ALH 84028 i LAR 04318: mentre el primer produeix una gran varietat d’àcids carboxílics, el segon no produeix pas tanta varietat però si més quantitat.

Pel que fa a les nucleobases, les més representades foren l’adenina i la guanina. En el cas dels aminoàcids, en totes les reaccions estudiades aparegueren els més senzills: la glicina, la formil-glicina i l’alanina.

Rellevància per en la Terra primitiva

En el cas del meteorit EET 92042 el panell de substàncies orgàniques sintetitzades en l’experiment reprodueix el ventall de substàncies orgàniques endògens que trobem en la mostra originària. No és pas aquest el cas de ALH 84028: la dotació orgànica endògena del meteorit és menys diversa que les substàncies orgàniques que pot catalitzar en un ambient ric en formamida i aigua.

Hom ha esgrimit que el contingut de matèria orgànica dels meteorits que impactaven amb la Terra devia patir una seriosa reducció com a conseqüència de l’impacte. Tot i amb tot, l’experiment mostra que els minerals de les condrites carbonàcies tenen la capacitat de catalitzar la formació d’un ventall de substàncies orgàniques si en el nou ambient troben els substrats adequats (formamida, aigua, sals). En els experiments, l’aigua termal és la més favorable, segurament degut a una major concentració de calci, magnesi, estronci i bari, i a la presència d’ions manganès i ferro. De fet, Kompanichenko et al. (2015) han trobat en fons hidrotermals estèrils de Kamtxatka, la síntesi abiòtica d’hidrocarburs aromàtics i alcans, cosa que suggereix que els entorns hidrotermals haurien estat els més favorables per a la síntesi orgànica. En aquests sistemes el factor limitant podrien ser precisament minerals catalitzadors com els que trobem en condrites carbonàcies.

Pel que fa a les diferents classes de condrites analitzades Rotelli et al. posen de manifest que la classe amb més capacitat catalitzadora seria la CR, seguida de la CV3 i de la CO3. Rotelli et al. conclouen que l’estudi, que posa de manifest el rol de l’aigua, dels processos termals i dels precursors orgànics reactius com la formamida, “obre la port a entendre l’aparició de vida en altres cossos planetaris que experimentaren una aportació eficient de materials condrítics carbonacis com Mart, Tità o Europa”.

És clar que cal ser prudent. Per ampli que sigui el ventall de substàncies orgàniques (àcids carboxílics, nucleobases, aminoàcids) que puguin formar-se dins dels meteorits o dins del planetes receptors, el salt de passar de la mera sopa orgànica als sistemes pre-biòtics (els coacervats que deia Oparin) és encara d’una amplitud considerable.

Lligams:

The key role of meteorites in the formation of relevant prebiotic molecules in a formamide/water environment. Luca Rotelli, Josep M. Trigo-Rodríguez, Carles E. Moyano-Cambero, Eleonora Carota, Lorenzo Botta, Ernesto Di Mauro & Raffaele Saladino. Scientific Reports 6, Article number: 38888 (2016) doi:10.1038/srep38888



Aquesta entrada ha esta publicada en 1. L'Univers. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *