Pero, ¿cómo era realmente la Tierra primitiva? Esta cuestión ha sido objeto de intensa investigación científica durante décadas.

Una publicación dirigida por Sukrit Ranjan, profesor asistente en el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona, destaca el azufre, un elemento químico que, aunque familiar, ha demostrado sorprendentemente resistente a los esfuerzos científicos para investigar su papel en el origen de la vida. .

El artículo se publica en la revista AGU Advances. .

"Nuestra imagen de la Tierra primitiva es bastante confusa", dijo Ranjan, quien explora las concentraciones de azufre en las aguas y la atmósfera de la Tierra primitiva. Los mismos procesos que hacen habitable nuestro planeta (agua líquida y placas tectónicas) destruyen constantemente las rocas que contienen el registro geológico de la Tierra, sostiene. "Es fantástico para nosotros porque recicla nutrientes que de otro modo quedarían atrapados en la corteza terrestre, pero es terrible para los geólogos en el sentido de que elimina los mensajeros".

El artículo de Ranjan fue seleccionado como punto culminante del editor, en reconocimiento a "experimentos que fueron extremadamente difíciles de realizar pero que imponen limitaciones para los experimentos de química prebiótica en curso en el laboratorio".

En el centro de los esfuerzos para correr el telón sobre el surgimiento de vida en la Tierra ha estado un concepto conocido como el "mundo del ARN", dijo Ranjan, refiriéndose al ácido ribonucleico, una clase de moléculas que están presentes en cada célula viva y son cruciales. a la vida tal como la conocemos.

La hipótesis del mundo del ARN se basa en una característica interesante de la biología moderna, que es que de las cuatro categorías principales de biomoléculas (aminoácidos, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos), el ARN es el único que puede desempeñar el papel de enzima y el único que puede desempeñar el papel de enzima. almacenamiento y replicación de información genética, haciendo copias de sí mismo, por sí mismo. Sólo hay un problema:es muy difícil de hacer.

"Durante unos 50 años, la gente ha tratado de descubrir cómo producir ARN sin enzimas, que es como lo hace la biología", dijo Ranjan, explicando que no fue hasta los últimos cinco años que los investigadores descubrieron vías no enzimáticas para producir ARN.

"Si podemos obtener ARN, en el horizonte lejano veremos un camino para que todo lo demás funcione", dijo. "Y esto plantea la pregunta:¿esta molécula realmente estuvo disponible antes en cualquier cantidad? Y esta es en realidad una pregunta abierta importante".

Recientemente, los científicos han completado una búsqueda de medio siglo para producir moléculas de ARN sin enzimas biológicas, un gran paso adelante para demostrar el mundo del ARN. Sin embargo, todas estas vías químicas dependen de una molécula crítica de azufre, llamada sulfito.

Al estudiar muestras de rocas de algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, los científicos saben que había mucho azufre para todos en la Tierra prebiótica primitiva. ¿Pero cuánto había en la atmósfera? ¿Cuánto terminó en agua? ¿Y qué cantidad acabó convirtiéndose en sulfito productor de ARN? Esas son las preguntas que Ranjan y su equipo se propusieron responder.

"Una vez que está en el agua, ¿qué le sucede? ¿Se queda por mucho tiempo o desaparece rápidamente?" él dijo. "Para la Tierra moderna sabemos la respuesta:al sulfito le encanta oxidarse o reaccionar con el oxígeno, por lo que desaparecerá súper rápido".

Por el contrario, como indica la evidencia geológica, había muy poco oxígeno en la atmósfera de la Tierra primitiva, lo que podría haber permitido que el sulfito se acumulara y durara mucho más. Sin embargo, incluso en ausencia de oxígeno, el sulfito es muy reactivo y muchas reacciones podrían haberlo eliminado del entorno primitivo de la Tierra.

Una de esas reacciones se conoce como desproporción, un proceso mediante el cual varios sulfitos reaccionan entre sí, convirtiéndolos en sulfato y azufre elemental, que no son útiles para la química del origen de la vida. Pero ¿qué tan rápido es este proceso? ¿Habría permitido que se acumularan cantidades suficientes de sulfitos para impulsar la vida?

"Nadie ha investigado esto en profundidad fuera de otros contextos, principalmente la gestión de aguas residuales", afirmó Ranjan.

Luego, su equipo se propuso investigar este problema en diversas condiciones, un esfuerzo que llevó cinco años desde el diseño de los experimentos hasta la publicación de los resultados.

"De todos los átomos que abastecen el astillero prebiótico, incluidos el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre, el azufre es quizás el más espinoso", escribió Sonny Harman del Centro de Investigación Ames de la NASA, en un artículo de opinión que acompaña a la publicación. Debido a su afán por participar en reacciones químicas, "los compuestos de azufre tienden a ser más inestables, lo que representa riesgos para el personal y el equipo del laboratorio, obstruye la instrumentación y engoma los experimentos".

La pesadilla de un técnico de laboratorio

En su configuración, Ranjan y sus coautores disolvieron sulfito en agua con varios niveles de acidez o alcalinidad, lo encerraron en un recipiente bajo una atmósfera libre de oxígeno y lo dejaron "envejecer", como dijo Ranjan. Cada semana, el equipo midió las concentraciones de varios sulfitos con luz ultravioleta. Al final del experimento, los sometieron a una serie de análisis, todos orientados a responder una pregunta relativamente simple:"¿Cuánto queda de esta molécula original y en qué se convirtió?"

Resultó que los sulfitos se desproporcionan mucho más lentamente de lo que creía la sabiduría convencional. Estudios anteriores, por ejemplo, habían planteado la idea de que una neblina de azufre envolviera la Tierra primitiva, pero el equipo de Ranjan descubrió que los sulfitos se descomponen bajo la luz ultravioleta más rápidamente de lo esperado. En ausencia de una capa de ozono durante los primeros días de la Tierra, este proceso, conocido como fotólisis, habría purgado rápidamente los compuestos de azufre de la atmósfera y el agua, aunque no tan eficientemente como el abundante oxígeno en el mundo actual.

Si bien es posible que una desproporción lenta haya permitido que se acumularan sulfitos, la fotólisis lo habría hecho muy improbable excepto en ciertos ambientes como piscinas de agua poco profundas, protegidas de la radiación ultravioleta, particularmente si se alimentan de escorrentía superficial para proporcionar escudos minerales. Los ejemplos incluyen piscinas subterráneas o lagos carbonatados de cuenca cerrada, depresiones sin drenaje donde los sedimentos se acumulan pero el agua sólo puede salir por evaporación.

"Piense en cuerpos de agua como el Gran Lago Salado en Utah o el Lago Mono en California", dijo Ranjan, y agregó que los ambientes hidrotermales están surgiendo como candidatos candentes para la primera aparición de vida. Aquí, el agua subterránea que transporta minerales disueltos entra en contacto con el calor de la actividad volcánica, creando microambientes únicos que ofrecen "espacios seguros" para procesos químicos que no podrían ocurrir en otros lugares.

Estos lugares se pueden encontrar en las dorsales oceánicas en las profundidades del mar, pero también en tierra, dijo Ranjan.

"Un ejemplo moderno de esto es el Parque Nacional de Yellowstone, donde encontramos piscinas que acumulan una gran cantidad de sulfito, a pesar del oxígeno", dijo, "y eso puede suceder simplemente porque el sulfito se repone continuamente mediante la desgasificación volcánica". /P>

El estudio ofrece la oportunidad de probar experimentalmente la hipótesis de la disponibilidad de sulfitos en la evolución de las primeras moléculas de la vida, señalan los autores. Ranjan dijo que un campo de investigación en particular lo tiene entusiasmado:la microbiología filogenética, que utiliza el análisis del genoma para reconstruir los planos de los microorganismos que utilizan azufre que se cree que representan los filos más antiguos de la Tierra.

Existe evidencia de que estas bacterias obtienen energía al reducir formas de azufre altamente oxidadas a formas menos oxidadas. Curiosamente, señaló Ranjan, dependen de una maquinaria enzimática bastante compleja para el primer paso, reducir el sulfato, la forma "moderna" abundante del azufre, a sulfito, lo que sugiere que estas enzimas son el producto de un largo proceso evolutivo. Por el contrario, sólo una enzima participa en la conversión de sulfito (el ingrediente clave propuesto en los "ambientes de charcos prebióticos") en sulfuro.

"Si es cierto, esto implica que el sulfito estaba presente en el ambiente natural en al menos algunos cuerpos de agua, similar a lo que argumentamos aquí", dijo. "Los geólogos recién ahora están recurriendo a esto. ¿Podemos usar rocas antiguas para probar si son ricas en sulfito? Aún no sabemos la respuesta. Esto sigue siendo ciencia de vanguardia".