Un equipo de científicos que utiliza un instrumento de la UCLA de última generación informa sobre el descubrimiento de un "tira y afloja" de la vida a escala planetaria, la Tierra profunda y la atmósfera superior que se expresa en nitrógeno atmosférico.

La atmósfera de la Tierra se diferencia de las atmósferas de la mayoría de los demás planetas rocosos y lunas de nuestro sistema solar en que es rica en gas nitrógeno, o N2; La atmósfera de la Tierra es 78 por ciento de nitrógeno gaseoso. Titán, la más grande de las más de 60 lunas de Saturno, es el otro cuerpo de nuestro sistema solar con una atmósfera rica en nitrógeno que se parece a la nuestra.

En comparación con otros elementos clave de la vida, como el oxígeno, hidrógeno y carbono:el nitrógeno molecular es muy estable. Dos átomos de nitrógeno se combinan para formar moléculas de N2 que permanecen en la atmósfera durante millones de años.

La mayoría del nitrógeno tiene una masa atómica de 14. Menos del uno por ciento del nitrógeno tiene un neutrón extra. Si bien este isótopo pesado, nitrógeno-15, es raro, Las moléculas de N2 que contienen dos nitrógeno-15, que los químicos llaman 15N15N, son las más raras de todas las moléculas de N2.

El equipo de científicos midió la cantidad de 15N15N en el aire y descubrió que esta rara forma de gas nitrógeno es mucho más abundante de lo que esperaban los científicos. La atmósfera de la Tierra contiene aproximadamente un dos por ciento más de 15N15N de lo que se puede atribuir a los procesos geoquímicos que ocurren cerca de la superficie de la Tierra.

"Este exceso no se conocía antes porque nadie podía medirlo, "dijo el autor principal Edward Young, profesor de geoquímica y cosmoquímica de UCLA. "Nuestro espectrómetro de masas Panorama, único en su tipo, nos permite ver esto por primera vez. Realizamos experimentos que muestran que la única forma de que ocurra este exceso de 15N15N es mediante reacciones raras en la atmósfera superior. El dos por ciento es un enorme exceso ".

Young dijo que el enriquecimiento de 15N15N en la atmósfera de la Tierra es una característica exclusiva de nuestro planeta. "Pero también nos da una pista sobre cómo se verían las firmas de otros planetas, especialmente si son capaces de soportar la vida tal como la conocemos ".

La investigación se publica en la revista Avances de la ciencia .

"Al principio no creíamos en las medidas, y pasamos aproximadamente un año convenciéndonos de que eran precisos, "dijo el autor principal Laurence Yeung, un profesor asistente de la Tierra, ciencias ambientales y planetarias en Rice University.

El estudio comenzó hace cuatro años cuando Yeung, luego un becario postdoctoral de UCLA en el laboratorio de Young, se enteró del primer espectrómetro de masas de su tipo que se estaba instalando en el laboratorio de Young.

"En ese tiempo, nadie tenía una forma de cuantificar de forma fiable el 15N15N, "dijo Yeung, que se unió a la facultad de Rice en 2015. "Tiene una masa atómica de 30, lo mismo que el óxido nítrico. La señal del óxido nítrico generalmente supera la señal del 15N15N en los espectrómetros de masas ".

La diferencia de masa entre el óxido nítrico y el 15N15N es aproximadamente dos milésimas de la masa de un neutrón. Cuando Yeung se enteró de que la nueva máquina en el laboratorio de Young podía discernir esta ligera diferencia, Solicitó una subvención de la National Science Foundation para saber exactamente cuánto 15N15N hay en la atmósfera de la Tierra.

Los coautores Joshua Haslun y Nathaniel Ostrom de la Universidad Estatal de Michigan llevaron a cabo experimentos con bacterias que consumen y producen N2 que permitieron al equipo determinar sus firmas 15N15N.

Estos experimentos sugirieron que uno debería ver un poco más de 15N15N en el aire de lo que producirían los emparejamientos aleatorios de nitrógeno-14 y nitrógeno-15, un enriquecimiento de aproximadamente 1 parte por 1, 000, Dijo Yeung.

"Hubo un poco de enriquecimiento en los experimentos biológicos, pero no lo suficiente para dar cuenta de lo que habíamos encontrado en la atmósfera, "Dijo Yeung." De hecho, significó que el proceso que causa el enriquecimiento atmosférico de 15N15N tiene que luchar contra esta firma biológica. Están atrapados en un tira y afloja ".

El equipo descubrió que eliminar mezclas de aire con electricidad, que simula la química de la atmósfera superior, podría producir niveles enriquecidos de 15N15N como se midieron en muestras de aire.

Los investigadores probaron muestras de aire desde el nivel del suelo y desde altitudes de aproximadamente 20 millas, así como el aire disuelto de las muestras de agua de los océanos poco profundos.

"Creemos que el enriquecimiento de 15N15N proviene fundamentalmente de la química en la atmósfera superior, en altitudes cercanas a la órbita de la Estación Espacial Internacional, "Dijo Yeung." El tira y afloja viene de la vida tirando en la otra dirección, y podemos ver evidencia química de eso. Podemos ver el tira y afloja en todas partes ".

Los coautores son Issaku Kohl y Edwin Schauble de UCLA; Huanting Hu de Rice; Evitando a Li, anteriormente de UCLA y Rice y ahora con la Universidad de Pekín en Beijing; y Tobias Fischer de la Universidad de Nuevo México.