Las moléculas orgánicas formaron la base de la evolución de la vida. Pero, ¿cómo pudieron haberlos dado lugar los precursores inorgánicos? El químico de LMU, Oliver Trapp, informa ahora de una vía de reacción en la que los minerales catalizan la formación de azúcares en ausencia de agua.

Hace más de 4 mil millones de años, la Tierra estaba muy lejos de ser el Planeta Azul en el que luego se convertiría. En ese momento, acababa de empezar a enfriarse y, en el transcurso de ese proceso, se formaron las zonas estructurales concéntricas que se encuentran cada vez más profundas bajo nuestros pies. La Tierra primitiva estuvo dominada por el vulcanismo, y la atmósfera estaba compuesta de dióxido de carbono, nitrógeno, metano, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y vapor de agua. En este entorno decididamente inhóspito se formaron los pilares de la vida. Entonces, ¿cómo pudo haber sucedido esto?

Los investigadores han estado desconcertados por la pregunta durante décadas. El primer avance fue realizado en 1953 por dos químicos, llamado Stanley Miller y Harold C. Urey, en la Universidad de Chicago. En sus experimentos, simularon la atmósfera de la Tierra primordial en un sistema de reacción cerrado que contenía los gases mencionados anteriormente. Se calentó un 'océano' en miniatura para proporcionar vapor de agua, y se hicieron pasar descargas eléctricas a través del sistema para imitar los efectos de los rayos. Cuando analizaron los productos químicos producidos en estas condiciones, Miller y Urey detectaron aminoácidos, los constituyentes básicos de las proteínas, así como varios otros ácidos orgánicos.

Ahora se sabe que las condiciones empleadas en estos experimentos no reflejaban las que prevalecían en la Tierra primitiva. Sin embargo, el experimento de Miller-Urey inició el campo de la evolución química prebiótica. Sin embargo, no arroja mucha luz sobre cómo otras clases de moléculas que se encuentran en todas las células biológicas, como los azúcares, grasas y ácidos nucleicos — podrían haberse generado. Sin embargo, estos compuestos son ingredientes indispensables del proceso que condujo a las primeras bacterias y, posteriormente, a las cianobacterias fotosintéticas que produjeron oxígeno. Por eso Oliver Trapp, Catedrático de Química Orgánica en LMU, decidió centrar su investigación en la síntesis prebiótica de estas sustancias.

Del formaldehído al azúcar

La historia de las rutas sintéticas desde precursores más pequeños hasta los azúcares se remonta a casi un siglo antes del experimento de Miller-Urey. En 1861, el químico ruso Alexander Butlerov demostró que el formaldehído podía dar lugar a varios azúcares a través de lo que se conoció como la reacción de la formosa. Miller und Urey de hecho encontraron ácido fórmico en sus experimentos, y se puede reducir fácilmente para producir formaldehído. Butlerov también descubrió que la reacción de la formosa es promovida por una serie de óxidos e hidróxidos metálicos, incluidos los de calcio, bario, talio y plomo. En particular, el calcio está disponible en abundancia en y debajo de la superficie de la Tierra.

Sin embargo, la hipótesis de que los azúcares podrían haberse producido a través de la reacción de la formosa se enfrenta a dos dificultades. La reacción de formosa 'clásica' produce una mezcla diversa de compuestos, y se lleva a cabo solo en medios acuosos. Estos requisitos están en desacuerdo con el hecho de que se han detectado azúcares en meteoritos.

Junto con colegas de LMU y el Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Por lo tanto, Trapp decidió explorar si el formaldehído podría dar lugar a azúcares en un sistema de fase sólida. Con el fin de simular los tipos de fuerzas mecánicas a las que se habrían sometido los minerales sólidos, todos los componentes de la reacción se combinaron en un molino de bolas, en ausencia de disolventes, pero agregando suficiente formaldehído para saturar los sólidos en polvo

Y de hecho, Se observó la reacción de la formosa y se encontró que varios minerales diferentes la catalizaban. El formaldehído se adsorbió sobre las partículas sólidas, y la interacción resultó en la formación del dímero de formaldehído (glicolaldehído) - y ribosa, el azúcar de 5 carbonos que es un componente esencial del ácido ribonucleico (ARN). Se cree que el ARN se fusionó antes que el ADN, y sirve como depósito de información genética en muchos virus, además de proporcionar las plantillas para la síntesis de proteínas en todos los organismos celulares. También se obtuvieron azúcares más complejos en los experimentos, junto con algunos subproductos, como el ácido láctico y el metanol.

"Nuestros resultados proporcionan una explicación plausible de la formación de azúcares en la fase sólida, incluso en entornos extraterrestres en ausencia de agua, ", dice Trapp. También suscitan nuevas preguntas que pueden apuntar a rutas prebióticas nuevas e inesperadas hacia los componentes básicos de la vida tal como la conocemos, como afirma Trapp. "Estamos convencidos de que estos nuevos conocimientos abrirán perspectivas completamente nuevas para la investigación sobre prebióticos, evolución química, " él dice.