La química del azufre fue vital para la vida anaeróbica temprana en el eón Arcaico, hace más de 2.500 millones de años. CRÉDITO DE IMAGEN:PETER SAWYER / SMITHSONIAN INSTITUTION.
El mapeo de los enlaces y modos vibracionales de moléculas que contienen isótopos de azufre está ayudando a arrojar luz sobre las reacciones químicas que tuvieron lugar en la atmósfera de la Tierra durante la era Arcaica. antes de que la atmósfera se oxigenara hace unos 2.500 millones de años.
El Arcaico es un eón geológico que duró desde hace 4 mil millones de años hasta hace 2,5 mil millones de años. Vio el surgimiento de la primera vida en la Tierra, pero estos microbios eran anaeróbicos, lo que significa que no respiraron oxígeno. De hecho, durante este tiempo, La atmósfera de la Tierra no contenía oxígeno molecular. En lugar de, la atmósfera era rica en carbono y, particularmente, azufre.
El azufre en la atmósfera de la Tierra Arcaica fue emitido por la actividad volcánica, y a través de un proceso llamado fraccionamiento independiente de masa, Los diversos isótopos del azufre (átomos de azufre que contienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones) se enriquecieron de una manera que no se correlaciona con su masa. La evidencia de que esto ocurrió se encuentra en depósitos superficiales que datan del Arcaico, y fueron estos isótopos de azufre, como parte de moléculas como el sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y dióxido de azufre (SO 2 ), qué microbios metabolizaron, liberando oxígeno en el proceso y comenzando el proceso de oxigenación de la atmósfera terrestre, un desarrollo conocido como el Gran Evento de Oxigenación.
Debido a que el azufre se oxida rápidamente en un ambiente rico en oxígeno, y luego se elimina de la atmósfera por precipitación y se escurre al océano, la química del azufre de la vida arcaica primitiva fue eliminada y perdida en el tiempo. Sin embargo, al comprender el proceso de fraccionamiento independiente de la masa, Debería ser posible aprender más sobre la atmósfera de la Tierra preaxigenada y las condiciones en las que vivió la primera vida en la Tierra.
El proceso detrás del fraccionamiento de azufre independiente de la masa sigue siendo incierto, pero las dos hipótesis más populares son la fotólisis (la ruptura de moléculas) por la luz ultravioleta del sol, o reacciones entre azufre elemental. "Sin embargo, el fenómeno real, la reacción o el mecanismo aún no se ha identificado, "dice Dmitri Babikov, Profesor de Química Física y Física Molecular en la Universidad de Marquette en Milwaukee, Wisconsin.
Extremófilos, como los termófilos que dan a las esteras microbianas colores tan vivos en las aguas termales del Parque Nacional Yellowstone, son un tema candente de estudio entre los astrobiólogos del Reino Unido. CRÉDITO DE IMAGEN:JIM PEACO / SERVICIO DE PARQUE NACIONAL.
Enlaces moleculares del azufre
Babikov, junto con sus colegas de Marquette, Igor Gayday y Alexander Teplukhin, Ha publicado un nuevo artículo en la revista. Física molecular que explora algunos de los enlaces moleculares de un azufre-4 (S 4 ) molécula, y cómo estos enlaces afectan los modos vibracionales de la molécula, lo que a su vez puede influir en el proceso de fraccionamiento independiente de la masa.
Identificaron un segundo, previamente desconocido, vínculo que une S 2 moléculas (que contienen dos átomos de azufre) para formar S 4 . "Este segundo enlace mantiene la molécula apretada en una disposición [en forma de trapezoide] y no permite la rotación fácil de los dos S 2 moléculas dentro de S 4 , "dice Babikov. A su vez, esta disposición de los átomos de azufre determina cómo se mueven a medida que el S 4 la molécula vibra.
Los estados vibracionales, o frecuencias, de la S 4 moléculas están determinadas por la forma de la superficie de energía potencial de la molécula, "que describe la energía de los isótopos en la disposición trapezoidal de la molécula S4, y cómo las reacciones químicas cambian la energía potencial de ese sistema. No solo el número de modos vibracionales, que implica el estiramiento y la compresión de los enlaces entre el S 2 moléculas, influyen en la velocidad de reacción, pero también podrían ser sensibles a un isótopo determinado, lo que podría ayudar a identificar la reacción química detrás del fraccionamiento independiente de masas. "Pero en este punto, esto sigue siendo una hipótesis, "dice Babikov.
Una mejor comprensión del papel del fraccionamiento independiente de la masa en la química del azufre de la Tierra Arcaica no solo nos da una imagen del medio ambiente en la Tierra antes de la oxigenación, pero también nos informa sobre las posibles firmas biológicas que podría crear un entorno similar en un exoplaneta.
"[Los isótopos de azufre] podrían potencialmente servir como una firma del medio ambiente que creó la vida en la Tierra, "dice Babikov. Sin embargo, él dice, Nuestro nivel actual de tecnología telescópica significa que sería muy difícil determinar la composición isotópica de la atmósfera de un exoplaneta con el nivel de detalle requerido.
El estudio, "Análisis computacional de modos vibracionales en tetra-azufre utilizando una superficie de energía potencial dimensionalmente reducida, "fue publicado en la revista Física molecular . El trabajo fue apoyado en parte por NASAAstrobiology a través del Programa de Exobiología.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.
