Antes de que hubiera animales, bacterias o incluso ADN en la Tierra, las moléculas autorreplicantes evolucionaban lentamente de la materia simple a la vida bajo una lluvia constante de partículas energéticas desde el espacio.
En un nuevo artículo, un profesor de Stanford y un ex erudito postdoctoral especulan que esta interacción entre los protoorganismos antiguos y los rayos cósmicos puede ser responsable de una preferencia estructural crucial, llamada quiralidad, en las moléculas biológicas. Si su idea es correcta, sugiere que toda la vida en todo el universo podría compartir la misma preferencia quiral.
La quiralidad, también conocida como mano, es la existencia de versiones de moléculas de imagen especular. Al igual que la mano izquierda y la derecha, dos formas quirales de una sola molécula se reflejan entre sí en forma, pero no se alinean si se apilan.la biomolécula principal - aminoácidos, ADN, ARN - la vida solo usa una forma de manejo molecular. Si la versión espejo de una molécula se sustituye por la versión regular 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 equivocado 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 manejabilidad de la vida se debió al azar o alguna influencia determinista desconocida. Pasteur planteó la hipótesis de que, si la vida es asimétrica, puede deberse a unasimetría en las interacciones fundamentales de la física que existen en todo el cosmos.
"Proponemos que la capacidad biológica que presenciamos ahora en la Tierra se debe a la evolución en medio de la 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 especular", dijoNoémie Globus, autora principal del artículo y ex becaria Koret del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología KIPAC.
En su artículo, publicado el 20 de mayo en Letras del diario astrofísico , los investigadores detallan su argumento a favor de los rayos cósmicos como el origen de la homoquiralidad. También discuten experimentos potenciales para probar su hipótesis.
polarización magnética desde el espacio
Los rayos cósmicos son una forma abundante de radiación de alta energía que se origina en varias fuentes en todo el universo, incluidas las 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 cósmicoslos rayos existen solo como partículas conocidas como muones.
Los muones son partículas inestables, que existen 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 debajo de la superficie de la Tierra. También están polarizados magnéticamente, lo que significa, en promedio,todos los muones comparten la misma orientación magnética. Cuando los muones finalmente se descomponen, 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 potencialmente afectar a las moléculas quirales en la Tierra y en cualquier otro lugar del universo.
"Estamos irradiados todo el tiempo por los rayos cósmicos", explicó Globus, quien actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad de Nueva York y el Instituto Flatiron de la Fundación Simons. "Sus efectos son pequeños pero constantes en todos los lugares del planeta dondela 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 una a prevalecer sobre la otra. Estas pequeñas diferencias en la mutaciónla tasa habría sido más significativa cuando la vida comenzaba y las moléculas involucradas eran muy simples y más frágiles.En estas circunstancias, la influencia quiral pequeña pero persistente de los rayos cósmicos podría haber producido, durante miles de millones de generaciones de evolución, la sola mano biológica que nosotrosver 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, profesor de Luke Blossom en la Facultad de Humanidades y Ciencias deStanford y un autor en el periódico: "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 apuesten al negro perderán y se irán.lejos."
Listo para sorprenderse
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 inevitablemente provienen de un trabajo adicional 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 partículas de Stanford y SLAC y ex director de KIPAC. "Independientemente de si es correcto o no, unir estos campos muy diferenteses emocionante y un experimento exitoso debería ser interesante "
Esta investigación fue financiada por la Fundación Koret, la Universidad de Nueva York y la Fundación Simons.
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