Lluvias de partículas de alta energía que se originan en el sol y nuestra galaxia chocan con nitrógeno y oxígeno en la atmósfera superior. A nivel del suelo, la lluvia está dominada por muones magnéticamente polarizados. En el sitio protobiológico, Los ácidos nucleicos asumieron una conformación helicoidal derecha o izquierda. La radiación polarizada magnéticamente ionizaba preferentemente un tipo de "destreza manual" que conducía a una tasa de mutación ligeramente diferente entre las dos proto formas de vida espejo. Tiempo extraordinario, Las moléculas diestras evolucionaron más que sus homólogas zurdas. Crédito:Fundación Simons
Antes que existieran los animales bacterias o incluso ADN en la Tierra, Las moléculas autorreplicantes evolucionaban lentamente desde la materia simple hasta la vida bajo una lluvia constante de partículas energéticas del espacio.
En un nuevo periódico un profesor de Stanford y un ex becario postdoctoral especulan que esta interacción entre los antiguos proto-organismos y los rayos cósmicos puede ser responsable de una preferencia estructural crucial, llamado quiralidad, en moléculas biológicas. Si su idea es correcta, sugiere que toda la vida en todo el universo podría compartir la misma preferencia quiral.
Quiralidad, también conocido como destreza, es la existencia de versiones de moléculas en imagen especular. Como la mano derecha e izquierda dos formas quirales de una sola molécula se reflejan entre sí en forma, pero no se alinean si se apilan. En todas las biomoléculas principales:aminoácidos, ADN ARN:la vida solo usa una forma de destreza molecular. Si la versión espejo de una molécula se sustituye por la versión normal dentro de un sistema biológico, el sistema a menudo funcionará mal o dejará de funcionar por completo. En el caso del ADN, un solo azúcar de la mano equivocada interrumpiría la estructura helicoidal estable de la molécula.
Louis Pasteur descubrió por primera vez esta homoquiralidad biológica en 1848. Desde entonces, Los científicos han debatido si la destreza de la vida fue impulsada por el azar o por alguna influencia determinista desconocida. Pasteur planteó la hipótesis de que, si la vida es asimétrica, entonces puede deberse a una asimetría en las interacciones fundamentales de la física que existen en todo el cosmos.
"Proponemos que la lateralidad biológica que presenciamos ahora en la Tierra se debe a la evolución en medio de radiación polarizada magnéticamente, donde una pequeña diferencia en la tasa de mutación puede haber promovido la evolución de la vida basada en el ADN, en lugar de su imagen reflejada, ", dijo Noémie Globus, autora principal del artículo y ex miembro de Koret en el Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC).
En su papel publicado el 20 de mayo en Cartas de revistas astrofísicas , los investigadores detallan su argumento a favor de los rayos cósmicos como origen de la homoquiralidad. También discuten posibles experimentos para probar su hipótesis.
Lluvias de partículas de alta energía que se originan en el sol y nuestra galaxia chocan con nitrógeno y oxígeno en la atmósfera superior. A nivel del suelo, la lluvia está dominada por muones magnéticamente polarizados. En el sitio protobiológico, Los ácidos nucleicos asumieron una conformación helicoidal derecha o izquierda. La radiación polarizada magnéticamente ionizó preferentemente un tipo de "destreza manual" que condujo a una tasa de mutación ligeramente diferente entre las dos proto formas de vida espejo. Tiempo extraordinario, Las moléculas diestras evolucionaron más que sus homólogas zurdas. Crédito:Fundación Simons
Polarización magnética desde el espacio
Los rayos cósmicos son una forma abundante de radiación de alta energía que se origina en diversas fuentes en todo el universo. incluyendo estrellas y galaxias distantes. Después de golpear la atmósfera de la Tierra, los rayos cósmicos eventualmente se degradan en partículas fundamentales. A nivel del suelo, la mayoría de los rayos cósmicos existen solo como partículas conocidas como muones.
Los muones son partículas inestables, existiendo por solo 2 millonésimas de segundo, pero debido a que viajan cerca de la velocidad de la luz, se han detectado a más de 700 metros por debajo de la superficie de la Tierra. También están polarizados magnéticamente, sentido, de media, todos los muones comparten la misma orientación magnética. Cuando los muones finalmente se desintegran, producen electrones con la misma polarización magnética. Los investigadores creen que la capacidad de penetración del muón le permite a él y a sus electrones hijos afectar potencialmente a las moléculas quirales en la Tierra y en cualquier otro lugar del universo.
"Estamos irradiados todo el tiempo por rayos cósmicos, "explicó Globus, quien actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad de Nueva York y en el Instituto Flatiron de la Fundación Simons. "Sus efectos son pequeños pero constantes en todos los lugares del planeta donde la vida podría evolucionar, y la polarización magnética de los muones y electrones es siempre la misma. E incluso en otros planetas los rayos cósmicos tendrían los mismos efectos ".
La hipótesis de los investigadores es que, al comienzo de la vida en la Tierra, esta radiación constante y constante afectó la evolución de las dos formas de vida espejo de diferentes maneras, ayudando a uno a prevalecer en última instancia sobre el otro. Estas pequeñas diferencias en la tasa de mutación habrían sido más significativas cuando comenzaba la vida y las moléculas involucradas eran muy simples y más frágiles. Bajo estas circunstancias, la pequeña pero persistente influencia quiral de los rayos cósmicos podría tener, a lo largo de miles de millones de generaciones de evolución, produjo la mano biológica única que vemos hoy.
"Esto es un poco como una ruleta en Las Vegas, donde podría diseñar una ligera preferencia por los bolsillos rojos, en lugar de los bolsillos negros, "dijo Roger Blandford, el profesor Luke Blossom en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford y autor del artículo. "Juega algunos juegos, nunca lo notarías. Pero si juegas con esta ruleta durante muchos años, los que apuestan habitualmente al rojo ganarán dinero y los que apuestan al negro perderán y se irán ".
Listo para ser sorprendido
Globus y Blandford sugieren experimentos que podrían ayudar a probar o refutar su hipótesis de rayos cósmicos. Por ejemplo, les gustaría probar cómo responden las bacterias a la radiación con diferente polarización magnética.
"Nunca se han realizado experimentos como este y estoy emocionado de ver lo que nos enseñan. Las sorpresas surgen inevitablemente de un trabajo posterior sobre temas interdisciplinarios, "dijo Globus.
Los investigadores también esperan muestras orgánicas de cometas, asteroides o Marte para ver si también exhiben un sesgo quiral.
"Esta idea conecta la física fundamental y el origen de la vida, "dijo Blandford, quien también es profesor de física y física de partículas en Stanford y SLAC y ex director de KIPAC. "Independientemente de si es correcto o no, tender un puente entre estos campos tan diferentes es emocionante y un experimento exitoso debería ser interesante ".
