En lo que respecta a los escenarios sobre el origen de la vida, la única manera de explicar su aparición a partir de premisas puramente naturalistas es que la vida —y todos sus componentes necesarios— surgiera por azar, por leyes naturales o por una combinación de ambos factores.

Ya sea que la vida surgiera en una «pequeña charca cálida», en fuentes hidrotermales o en cristales de hielo, las hipótesis sobre su origen deben basarse exclusivamente en el azar y en las leyes naturales (propiedades químicas y físicas) para explicar fenómenos aparentemente imposibles, como el surgimiento inicial del ADN.

En la naturaleza se encuentran aminoácidos dextrógiros (de configuración «derecha»); sin embargo, por alguna razón, las proteínas utilizan únicamente aminoácidos levógiros (de configuración «izquierda»). La síntesis de aminoácidos en laboratorio genera una mezcla al 50/50 —como cabe esperar con las moléculas quirales—, siendo ambas formas químicamente equivalentes. Es evidente que esto no puede atribuirse al azar, del mismo modo que no cabría atribuir al azar el hecho de obtener «cara» cien veces consecutivas al lanzar una moneda. Por tanto, desde una perspectiva naturalista, la única solución consiste en hallar una razón por la cual la química favoreció una orientación específica de las biomoléculas.

Una pieza del rompecabezas sobre el origen de la vida es que las moléculas biológicas poseen una orientación química particular. Las moléculas biológicas están compuestas de carbono, y el carbono puede formar cuatro enlaces. Cuando de esos cuatro enlaces surgen grupos o elementos distintos, la posición relativa de dichos enlaces resulta significativa. Por ejemplo, al observar las manos, el pulgar puede nacer del lado derecho o del izquierdo; la orientación relativa del pulgar y los demás dedos marca la diferencia. Las manos no son superponibles (idénticas), sino imágenes especulares la una de la otra. Los enlaces del carbono presentan una característica análoga. Cuando una molécula que contiene carbono posee una estructura de enlaces tal que, si estos se dispusieran de otra forma, las moléculas resultantes no serían superponibles, se dice que se trata de un carbono quiral o de una molécula quiral (término derivado de la palabra griega para «mano»). Un aspecto interesante de la quiralidad es que no altera la naturaleza química de los enlaces del carbono. Por consiguiente, si se produce una reacción que genera un carbono quiral, lo más probable es obtener una mezcla al 50 % de moléculas levógiras (orientadas a la izquierda) y dextrógiras (orientadas a la derecha).

Todos los aminoácidos, a excepción de la glicina, poseen un carbono quiral. Aquí radica la cuestión: los aminoácidos que forman parte de las proteínas naturales son todos levógiros.

Las dos teorías naturalistas predominantes al respecto son: 1) la evolución seleccionó biomoléculas levógiras (o de quiralidad izquierda) o 2) estas se formaron en el espacio exterior. El mecanismo exacto asociado a estas dos teorías es el motor de investigaciones y publicaciones. Recientemente, The Astrophysical Journal publicó un artículo que estudia la luz ultravioleta polarizada circularmente, ya que esta es una de las pocas formas de generar una quiralidad específica (por ejemplo, una mayor cantidad de moléculas dextrógiras que levógiras) en moléculas orgánicas (The Astrophysical Journal Letters, 727:L27, febrero de 2011). Dado que las imágenes especulares de las moléculas quirales se denominan enantiómeros, se dice que una mezcla que contiene más del 50 % de un enantiómero respecto al otro presenta un exceso enantiomérico (e.e.).

Algunos meteoritos primitivos contienen un ligero exceso enantiomérico de ciertos aminoácidos quirales, lo que lleva a muchos a pensar que el origen de la homoquiralidad podría encontrarse en el espacio exterior. Los autores del artículo de The Astrophysical Journal se propusieron investigar qué tipo de fenómeno cósmico podría provocar este efecto. Una posibilidad es la acción de la luz ultravioleta polarizada circularmente (UV-CPL) sobre los «hielos» cósmicos o fragmentos de roca fría que, con el tiempo, se convierten en meteoros. «…pusimos a prueba este escenario mediante una simulación de laboratorio, utilizando luz UV-CPL para inducir la fotoquímica de análogos de hielo cósmico en condiciones astrofísicas plausibles y buscar la generación de especies quirales con excesos enantioméricos significativos…»

Decidieron comparar sus experimentos con el meteorito Murchison, que cayó en Australia el 28 de septiembre de 1969 (Garrett & Grisham, Biochemistry 2.ª ed., Harcourt, Inc., 1999). Este meteorito presentaba un exceso enantiomérico de entre el 2 % y el 9 % en varios aminoácidos. Los autores se centraron en la alanina, que mostraba un exceso enantiomérico del 1,2 % en el meteorito Murchison.
Para el experimento, los autores seleccionaron una energía fotónica específica que sabían cercana al máximo requerido para los aminoácidos alfa-hidrogenados, y dirigieron dichos fotones hacia una mezcla de hielo sintetizada, teóricamente similar a las mezclas de hielo cósmico. Para simular las condiciones interestelares, utilizaron mezclas de hielo con la composición H2O:CH3OH:NH3 (2:1:1).
Este experimento dio como resultado un exceso enantiomérico (e.e.) del 1,34 % de alanina levógira, una cifra cercana al 1,2 % registrado en el meteorito Murchison. Otros aminoácidos de interés se encontraban en concentraciones demasiado bajas para realizar mediciones significativas. Por lo general, en estas síntesis, los aminoácidos más pequeños se forman en mayor cantidad. La alanina es el aminoácido quiral más pequeño. Las hipótesis de los autores son, en primer lugar, que los aminoácidos se formaron en el espacio exterior bajo condiciones similares a las recreadas en el laboratorio y, en segundo lugar, que estas moléculas estuvieron expuestas a luz ultravioleta circularmente polarizada (UV-CPL) en condiciones adecuadas para generar un exceso enantiomérico de aminoácidos levógiros.

Un par de notas sobre el procedimiento experimental:

En primer lugar, para lograr que el experimento de laboratorio funcionara, se elevó la temperatura de irradiación UV-CPL por encima de los niveles que se estima existen en el espacio exterior; sin embargo, los autores explican que esto sigue siendo razonable, dado que es probable que el meteorito atraviese diversas temperaturas: «Se decidió utilizar una temperatura más alta (80 K) —en lugar de las temperaturas observadas en los hielos interestelares (10-20 K)— para favorecer la difusividad y la recombinación de los fotoproductos dentro de los hielos… No obstante, dado que el ciclo completo de evolución de los granos interestelares y circunestelares incluye el paso por regiones más cálidas (núcleos calientes) donde la temperatura de los granos aumenta considerablemente (200 K), cabe esperar que los residuos orgánicos astronómicos se produzcan mediante vías similares a las de nuestras simulaciones de laboratorio». Los autores justifican este enfoque citando estudios experimentales que demostraron que la temperatura de irradiación (10 u 80 K) no influye significativamente en la composición de los productos.

En segundo lugar, optaron por irradiar las moléculas durante 10 horas a temperatura ambiente (unos 20 °C o 293 K) «con el fin de favorecer potencialmente las fotorreacciones enantioselectivas basadas en la transferencia de asimetría fotón-molécula…». En otras palabras, bombardearon los compuestos con fotones durante un tiempo y a una temperatura específicos que, según sabían, favorecerían las reacciones que buscaban. Los autores sostienen que esto sigue siendo relevante desde el punto de vista astrofísico, especialmente en «entornos de núcleos moleculares calientes, donde los granos se calientan y se observan moléculas complejas en fase gaseosa que han sufrido desorción térmica desde los hielos…».

Si bien los autores tienen razón al señalar la existencia de núcleos calientes en el espacio exterior, introducen un factor adicional al asumir que el meteorito debe atravesar necesariamente un núcleo caliente durante cierto tiempo y bajo condiciones determinadas. Llegados a este punto, se aprecia una intervención considerable por parte de los investigadores en lo que ellos consideran un proceso «natural».

Un exceso enantiomérico del 1,34 % es lo suficientemente significativo como para medirlo, pero ¿resuelve este experimento el misterio de la homoquiralidad? Consideremos qué es lo más razonable y probable. Obviamente, los científicos buscan una explicación para la homoquiralidad, ya que la probabilidad de que la naturaleza seleccionara accidentalmente aminoácidos levógiros (de configuración L) a partir de una mezcla racémica (50/50) es prácticamente nula. Así pues, la posibilidad aquí planteada sugiere que un meteorito atravesó un núcleo térmico y quedó expuesto —aparentemente en el interior de dicho núcleo— a radiación UV-CPL con propiedades helicoidales específicas, lo que resultó en la presencia de ciertos aminoácidos con un ligero exceso enantiomérico. El meteorito impactó contra la Tierra de tal manera que los aminoácidos no se destruyeron durante la entrada —algo posible, como demuestra el caso del meteorito de Murchison— y aterrizó en un lugar propicio para que tuvieran lugar las reacciones químicas.

Además, los autores señalan que otros aminoácidos presentes en el meteorito de Murchison muestran un exceso enantiomérico mayor en moléculas como la isovalina, algo «que no puede explicarse únicamente mediante el efecto asimétrico de la radiación UV-CPL»; esto implica que el meteorito debió de someterse a algún otro proceso para generar el exceso enantiomérico de dichos aminoácidos. Posteriormente, esas reacciones —que aparentemente partían de un exceso enantiomérico de aminoácidos levógiros de entre el 1,2 % y el 9 %— terminaron produciendo un exceso enantiomérico del 100 % en los aminoácidos quirales, un fenómeno que sigue sin tener explicación. ¿En qué sentido resulta esto más probable que la hipótesis de que la naturaleza dio casualmente con el único lugar donde no se formó una mezcla racémica 50/50 y donde la química no se comportó de la manera habitual?

Este artículo resulta interesante porque podría explicar el exceso enantiomérico del 1,2 % de L-alanina en el meteorito de Murchison, aunque incluso esto es cuestionable, dado que el procedimiento descrito no da cuenta de los otros aminoácidos presentes en el meteorito. No obstante, el estudio no aporta gran cosa a la hora de resolver este complejo enigma sobre el origen de la vida. La sección final del artículo especula sobre dónde podrían encontrarse fuentes de radiación UV-CPL con las características helicoidales específicas necesarias para los aminoácidos hidrolizados. Sugieren que este tipo de polarización circular ultravioleta (UV-CPL) fue «muy probablemente producido por dispersión dicroica [referencia omitida] en granos alineados por un campo magnético en nebulosas de reflexión cercanas a regiones que contienen estrellas masivas». Especulan que este entorno podría ser similar a aquel donde se formó el Sol. Al seguir añadiendo condiciones específicas una tras otra, disminuye rápidamente la probabilidad de que un meteorito trajera a la Tierra aminoácidos levógiros que condujeran al posterior origen de la vida.

Artículo publicado originalmente en inglés por Science & Culture

Crédito de la imagen destacada: United States Department of Energy; uploaded en wikipedia by en:User:Carl Henderson. - http://www.anl.gov/Media_Center/Image_Library/images/fermi-dust.jpg; en:Image:Murchison-meteorite-ANL.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1673994