La hipótesis del mundo PAH es una especulativa hipótesis que propone que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), conocido por ser abundante en el universo , [1] [2] [3] incluyendo en los cometas, [4] y supone que es abundante en el primordial sopa de la Tierra primitiva , jugó un papel importante en el origen de la vida al mediar en la síntesis de moléculas de ARN , que conducen al mundo del ARN . Sin embargo, hasta el momento, la hipótesis no ha sido probada. [5]
Fondo
El experimento de Miller-Urey en 1952, y otros desde entonces, demostraron la síntesis de compuestos orgánicos , como aminoácidos , formaldehído y azúcares , a partir de los precursores inorgánicos originales que los investigadores supusieron que estaban presentes en la sopa primordial (pero ya no se considera probable). Este experimento inspiró a muchos otros. En 1961, Joan Oró descubrió que la base de nucleótidos adenina se podía fabricar a partir de cianuro de hidrógeno (HCN) y amoníaco en una solución acuosa. [6] Los experimentos llevados a cabo posteriormente demostraron que las otras nucleobases de ARN y ADN podrían obtenerse mediante química prebiótica simulada con una atmósfera reductora . [7]
La hipótesis del mundo del ARN muestra cómo el ARN puede convertirse en su propio catalizador (una ribozima ). En el medio, faltan algunos pasos, como cómo se podrían formar las primeras moléculas de ARN . La hipótesis del mundo PAH fue propuesta por Simon Nicholas Platts en mayo de 2004 para intentar completar este paso que faltaba. [8] Ehrenfreund et al. Han publicado una idea más detallada . [9]
Hidrocarburos aromáticos policíclicos
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son las más comunes y abundantes de las moléculas poliatómicas conocidas en el universo visible , y se consideran un componente probable del mar primordial . [1] [2] [3] Los HAP, junto con los fullerenos (o " buckyballs "), se han detectado recientemente en nebulosas. [10] En abril de 2019, los científicos, trabajando con el Telescopio Espacial Hubble , informaron de la detección confirmada de las moléculas ionizadas grandes y complejas de buckminsterfullereno (C 60 ) en los espacios intermedios interestelares entre las estrellas . [11] [12] (Los fullerenos también están implicados en el origen de la vida; según la astrónoma Letizia Stanghellini, "Es posible que buckybolas del espacio exterior proporcionaran semillas para la vida en la Tierra". [13] ) En septiembre de 2012, científicos de la NASA informaron que los PAH, sometidos a condiciones de medio interestelar (ISM), se transforman, mediante hidrogenación , oxigenación e hidroxilación , en compuestos orgánicos más complejos : "un paso en el camino hacia los aminoácidos y nucleótidos , las materias primas de las proteínas y el ADN , respectivamente". [14] [15] Además, como resultado de estas transformaciones, los HAP pierden su firma espectroscópica, lo que podría ser una de las razones "de la falta de detección de HAP en los granos de hielo interestelar , particularmente en las regiones externas de nubes frías y densas o las capas moleculares superiores de los discos protoplanetarios ". [14] [15]
El 6 de junio de 2013, científicos del IAA-CSIC informaron de la detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera superior de Titán , la luna más grande del planeta Saturno . [dieciséis]
En octubre de 2018, los investigadores informaron sobre vías químicas de baja temperatura desde compuestos orgánicos simples hasta PAH complejos. Tales vías químicas pueden ayudar a explicar la presencia de HAP en la atmósfera de baja temperatura de Saturno 's luna Titán , y pueden ser vías importantes, en términos de la hipótesis del mundo de HAP, en la producción de precursores bioquímicos relacionados con la vida tal como la conocemos. [17] [18]
Además, los PAH normalmente no son muy solubles en agua de mar, pero cuando se someten a radiación ionizante como la luz solar UV , los átomos de hidrógeno externos se pueden eliminar y reemplazar con un grupo hidroxilo , lo que hace que los PAH sean mucho más solubles en agua.
Estos PAH modificados son anfifílicos , lo que significa que tienen partes tanto hidrofílicas como hidrofóbicas . Cuando están en solución, se ensamblan en pilas mesogénicas discóticas ( cristal líquido ) que, como los lípidos , tienden a organizarse con sus partes hidrófobas protegidas.
El 21 de febrero de 2014, la NASA anunció una base de datos muy mejorada [19] para rastrear los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el universo . Más del 20% del carbono en el universo puede estar asociado con PAH, [19] [20] posibles materiales de partida para la formación de vida . Parece que los PAH se formaron un par de miles de millones de años después del Big Bang , son abundantes en el universo, [1] [2] [3] y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas . [19]
Fijación de nucleobases al andamio PAH
En la pila de PAH autoordenada, la separación entre anillos adyacentes es de 0,34 nm. Esta es la misma separación que se encuentra entre los nucleótidos adyacentes de ARN y ADN . Las moléculas más pequeñas se unirán naturalmente a los anillos de PAH. Sin embargo, los anillos de PAH, mientras se forman, tienden a girar unos sobre otros, lo que tenderá a desalojar los compuestos adheridos que chocarían con los adheridos a los de arriba y abajo. Por lo tanto, fomenta la unión preferencial de moléculas planas como las nucleobases de pirimidina y purina , los constituyentes clave (y portadores de información) del ARN y el ADN. Estas bases son igualmente anfifílicas y, por lo tanto, también tienden a alinearse en pilas similares.
Unión de la columna vertebral oligomérica
De acuerdo con la hipótesis, una vez que las nucleobases se unen (a través de enlaces de hidrógeno ) al andamio de PAH, la distancia entre bases seleccionaría moléculas "enlazadoras" de un tamaño específico, como pequeños oligómeros de formaldehído ( metanal ) , también tomados del "sopa" prebiótica, que se unirá (a través de enlaces covalentes ) a las nucleobases, así como entre sí para agregar una estructura estructural flexible. [5] [8]
Desprendimiento de las hebras similares al ARN
Una posterior caída transitoria del pH ambiental (aumento de la acidez), por ejemplo, como resultado de una descarga volcánica de gases ácidos como el dióxido de azufre o el dióxido de carbono , permitiría que las bases se desprendan de su andamiaje de PAH, formando ARN. moléculas (con el esqueleto de formaldehído en lugar del esqueleto de ribosa-fosfato usado por el ARN "moderno", pero el mismo tono de 0.34 nm). [5]
Formación de estructuras similares a las ribozimas.
La hipótesis especula además que una vez que las cadenas simples similares al ARN se separan de las pilas de PAH, y después de que los niveles de pH ambiental se vuelven menos ácidos, tienden a doblarse sobre sí mismos, con secuencias complementarias de nucleobases que se buscan preferentemente entre sí y forman hidrógeno. enlaces , creando estructuras similares al ARN estables, al menos parcialmente bicatenarias, similares a las ribozimas . Los oligómeros de formaldehído eventualmente serían reemplazados con moléculas de ribosa-fosfato más estables para el material de la columna vertebral, lo que resultaría en un hito inicial para la hipótesis del mundo del ARN , que especula sobre desarrollos evolutivos adicionales a partir de ese punto. [5] [8] [21]
Ver también
- Astroquímica
- Astrofísica atómica y molecular
- Cosmoquímica
- Astronomía extragaláctica
- Materiales extraterrestres
- Historia de la Tierra
- Espacio intergaláctico
- Medio intergaláctico
- Estrella intergaláctica
- Medio interestelar
- Teoría del mundo hierro-azufre
- Lista de moléculas interestelares y circunestelares
- Termosíntesis
- Tholin
- Otros posibles precursores de ARN :
- Ácido nucleico de glicol (GNA)
- Ácido nucleico peptídico (PNA)
- Ácido nucleico de treosa (TNA)
Referencias
- ↑ a b c Carey, Bjorn (18 de octubre de 2005). "Bloques de construcción de la vida 'abundantes en el espacio ' " . Space.com . Consultado el 3 de marzo de 2014 .
- ^ a b c Hudgins, Douglas M .; Bauschlicher, Jr, Charles W .; Allamandola, LJ (10 de octubre de 2005). "Variaciones en la posición máxima de la característica de emisión interestelar de 6,2 μm: un trazador de N en la población de hidrocarburos aromáticos policíclicos interestelares". Revista astrofísica . 632 (1): 316–332. Código bibliográfico : 2005ApJ ... 632..316H . CiteSeerX 10.1.1.218.8786 . doi : 10.1086 / 432495 .
- ^ a b c Allamandola, Louis; et al. (13 de abril de 2011). "Distribución cósmica de la complejidad química" . NASA . Archivado desde el original el 27 de febrero de 2014 . Consultado el 3 de marzo de 2014 .
- ^ Clavin, Whitney (10 de febrero de 2015). "Por qué los cometas son como helado frito" . NASA . Consultado el 10 de febrero de 2015 .
- ^ a b c d Platts, Simon Nicholas, "El mundo PAH - Compuestos aromáticos polinucleares discóticos como andamiaje de mesofase en el origen de la vida"
- ^ Oró J, Kimball AP (agosto de 1961). "Síntesis de purinas bajo posibles condiciones de tierra primitiva. I. Adenina a partir de cianuro de hidrógeno". Archivos de Bioquímica y Biofísica . 94 (2): 217-27. doi : 10.1016 / 0003-9861 (61) 90033-9 . PMID 13731263 .
- ^ Oró J (1967). Fox SW (ed.). Orígenes de los sistemas prebiológicos y de sus matrices moleculares . Prensa académica de Nueva York. pag. 137.
- ^ a b c "Organización y selección molecular prebiótica" Archivado el 24 de mayo de 2009 en Wayback Machine , sitio web de astrobiología de la NASA
- ^ Ehrenfreund, P; Rasmussen, S; Cleaves, J; Chen, L (2006). "Trazando experimentalmente los pasos clave en el origen de la vida: El mundo aromático". Astrobiología . 6 (3): 490–520. Código bibliográfico : 2006AsBio ... 6..490E . doi : 10.1089 / ast.2006.6.490 . PMID 16805704 .
- ^ García-Hernández, DA; Manchado, A .; García-Lario, P .; Stanghellini, L .; Villaver, E .; Shaw, RA; Szczerba, R .; Perea-Calderón, JV (28 de octubre de 2010). "Formación de fullerenos en nebulosas planetarias que contienen H". Las cartas de la revista astrofísica . 724 (1): L39 – L43. arXiv : 1009.4357 . Código bibliográfico : 2010ApJ ... 724L..39G . doi : 10.1088 / 2041-8205 / 724/1 / L39 . S2CID 119121764 .
- ^ Starr, Michelle (29 de abril de 2019). "El telescopio espacial Hubble acaba de encontrar pruebas sólidas de Buckyballs interestelares" . ScienceAlert.com . Consultado el 29 de abril de 2019 .
- ^ Cordiner, MA; et al. (22 de abril de 2019). "Confirmación de Interstellar C60 + usando el telescopio espacial Hubble". Las cartas de la revista astrofísica . 875 (2): L28. arXiv : 1904.08821 . Código bibliográfico : 2019ApJ ... 875L..28C . doi : 10.3847 / 2041-8213 / ab14e5 . S2CID 121292704 .
- ^ Atkinson, Nancy (27 de octubre de 2010). "Buckyballs podría ser abundante en el universo" . Universe Today . Consultado el 28 de octubre de 2010 .
- ^ a b "La NASA cocina Icy Organics para imitar los orígenes de la vida" . Space.com . 20 de septiembre de 2012 . Consultado el 22 de septiembre de 2012 .
- ^ a b Gudipati, Murthy S .; Yang, Rui (1 de septiembre de 2012). "Sondeo in situ de procesamiento inducido por radiación de compuestos orgánicos en análogos de hielo astrofísicos: estudios de espectroscopía de masas de tiempo de vuelo de ionización por láser de desorción por láser novedosos". Las cartas de la revista astrofísica . 756 (1): L24. Código Bibliográfico : 2012ApJ ... 756L..24G . doi : 10.1088 / 2041-8205 / 756/1 / L24 .
- ^ López-Puertas, Manuel (6 de junio de 2013). "PAH en la atmósfera superior de Titán" . CSIC . Consultado el 6 de junio de 2013 .
- ^ Staff (11 de octubre de 2018). " " Una tierra prebiótica "- eslabón perdido encontrado en la luna Titán de Saturno" . DailyGalaxy.com . Consultado el 11 de octubre de 2018 .
- ^ Zhao, Long; et al. (8 de octubre de 2018). "Formación a baja temperatura de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera de Titán" . Astronomía de la naturaleza . 2 (12): 973–979. Código bibliográfico : 2018NatAs ... 2..973Z . doi : 10.1038 / s41550-018-0585-y . S2CID 105480354 .
- ^ a b c Hoover, Rachel (21 de febrero de 2014). "¿Necesita rastrear nanopartículas orgánicas en todo el universo? La NASA tiene una aplicación para eso" . NASA . Consultado el 22 de febrero de 2014 .
- ^ Hoover, Rachel (24 de febrero de 2014). "La base de datos en línea rastrea nanopartículas orgánicas en todo el universo" . Sci Tech Daily . Consultado el 10 de marzo de 2015 .
- ^ Lincoln, Tracey A .; Joyce, Gerald F. (8 de enero de 2009). "Replicación autosostenida de una enzima de ARN" . Ciencia . Nueva York: Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. 323 (5918): 1229–32. Código Bibliográfico : 2009Sci ... 323.1229L . doi : 10.1126 / science.1167856 . PMC 2652413 . PMID 19131595 . Resumen de laicos - Medical News Today (12 de enero de 2009).
enlaces externos
- Los ingredientes de la vida que se encuentran en el universo temprano New Scientist Magazine 14:49 29 de julio de 2005
- Homoquiralidad de aminoácidos dirigida por ARN