La urea reacciona extremadamente rápido en las condiciones que existían cuando se formó nuestro planeta. Esta nueva perspectiva amplía nuestra comprensión de cómo podría haber comenzado la vida en la Tierra.
Vida, naturaleza – foto ilustrativa. Crédito de la imagen: Joshua Earle a través de Unsplash, licencia gratuita
Investigadores de ETH Zurich y la Universidad de Ginebra han desarrollado un nuevo método que les permite observar reacciones químicas teniendo lugar en líquidos a una resolución temporal extremadamente alta. Esto significa que pueden examinar cómo cambian las moléculas en solo unos pocos femtosegundos, en otras palabras, en unas pocas cuadrillonésimas de segundo.
El método se basa en un trabajo anterior realizado por el mismo grupo de investigadores dirigido por Hans Jakob Wörner, profesor de química física en ETH Zurich. Ese trabajo arrojó resultados similares para las reacciones que tienen lugar en ambientes gaseosos.
Para expandir sus observaciones de espectroscopia de rayos X a líquidos, los investigadores tuvieron que diseñar un aparato capaz de producir un chorro de líquido con un diámetro de menos de un micrómetro en el vacío. Esto era esencial porque si el chorro fuera más ancho, absorbería parte de los rayos X que se usan para medirlo.
Origen de la vida – interpretación artística. Crédito de la imagen: name_gravity a través de Unsplash, licencia gratuita
Pionero molecular en bioquímica
Usando el nuevo método, los investigadores obtuvieron información sobre los procesos que llevaron al surgimiento de la vida en la Tierra. Muchos científicos asumen que la urea desempeñó un papel fundamental aquí. Es una de las moléculas más simples que contiene carbono y nitrógeno.
Además, es probable que la urea estuviera presente incluso cuando la Tierra era muy joven, algo que también sugirió un famoso experimento realizado en la década de 1950: el científico estadounidense Stanley Miller inventó una mezcla de esos gases que se cree formaron la atmósfera primordial del planeta y expusieron a las condiciones de una tormenta. Esto produjo una serie de moléculas, una de las cuales fue la urea.
Según las teorías actuales, la urea podría haberse enriquecido en charcos tibios, comúnmente llamados sopa primordial, en la Tierra entonces sin vida. A medida que se evaporaba el agua de esta sopa, aumentaba la concentración de urea.
A través de la exposición a la radiación ionizante, como los rayos cósmicos, es posible que esta urea concentrada produzca ácido malónico en múltiples pasos de síntesis. A su vez, esto puede haber creado los componentes básicos del ARN y el ADN.
Laboratorio de bioquímica – foto ilustrativa. El último estudio dice que la urea puede haber sido una de las claves para el surgimiento de la vida en la Tierra. Crédito de la imagen: ThisisEngineering RAEng a través de Unsplash, licencia gratuita
¿Por qué este lugar exacto de la herramienta de reacción?
Usando su nuevo método, los investigadores de ETH Zurich y la Universidad de Ginebra investigaron el primer paso en esta larga serie de reacciones químicas para descubrir cómo se comporta una solución de urea concentrada cuando se expone a la radiación ionizante.
Es importante saber que las moléculas de urea en una solución de urea concentrada se agrupan en pares, o lo que se conoce como dímeros. Como los investigadores ahora han podido demostrar, la radiación ionizante hace que un átomo de hidrógeno dentro de cada uno de estos dímeros se mueva de una molécula de urea a la otra.
Esto convierte una molécula de urea en una molécula de urea protonada y la otra en un radical urea. Este último es altamente reactivo químicamente, tan reactivo, de hecho, que es muy probable que reaccione con otras moléculas, formando así también ácido malónico.
Los investigadores también lograron demostrar que esta transferencia de un átomo de hidrógeno ocurre extremadamente rápido, tomando solo alrededor de 150 femtosegundos, o 150 cuadrillonésimas de segundo.
«Eso es tan rápido que esta reacción se adelanta a todas las demás reacciones que teóricamente también podrían tener lugar», dice Wörner. «Esto explica por qué las soluciones concentradas de urea producen radicales de urea en lugar de albergar otras reacciones que producirían otras moléculas».
Las reacciones en líquidos son muy relevantes.
En el futuro, Wörner y sus colegas quieren examinar los próximos pasos que conducen a la formación de ácido malónico. Esperan que esto les ayude a comprender los orígenes de la vida en la Tierra.
En cuanto a su nuevo método, generalmente también se puede usar para examinar la secuencia precisa de reacciones químicas en líquidos.
“En los líquidos tiene lugar una gran cantidad de reacciones químicas importantes, no solo todos los procesos bioquímicos en el cuerpo humano, sino también una gran cantidad de síntesis químicas relevantes para la industria”, dice Wörner. «Por eso es tan importante que ahora hayamos ampliado el alcance de la espectroscopia de rayos X a alta resolución temporal para incluir reacciones en líquidos».
Fuente: ETH Zúrich
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