Un estudio revela cómo la urea pudo ser la puerta de entrada a la vida
Investigadores suizos y alemanes han comprobado que la urea reacciona con extrema rapidez en las condiciones que existían cuando se formó nuestro planeta, un hallazgo que permite comprender mejor cómo pudo comenzar la vida en la Tierra, según publican en la revista 'Nature'.
Investigadores de la ETH de Zúrich y de la Universidad de Ginebra, en Suiza, en colaboración con colegas alemanes, han desarrollado un nuevo método que permite observar las reacciones químicas que tienen lugar en los líquidos con una resolución temporal extremadamente alta. Esto significa que pueden examinar cómo cambian las moléculas en tan sólo unos pocos femtosegundos, es decir, en unas pocas cuatrillonésimas de segundo.
El método se basa en trabajos anteriores del mismo grupo de investigadores, dirigidos por Hans Jakob Wörner, catedrático de Química Física de la ETH de Zúrich, que arrojó resultados similares para reacciones que tienen lugar en entornos gaseosos.
Para ampliar sus observaciones de espectroscopia de rayos X a los líquidos, los investigadores tuvieron que diseñar un aparato capaz de producir un chorro de líquido con un diámetro inferior a un micrómetro en el vacío. Esto era esencial porque si el chorro fuera más ancho, absorbería parte de los rayos X utilizados para medirlo.
Gracias a este nuevo método, los investigadores pudieron comprender mejor los procesos que condujeron a la aparición de la vida en la Tierra. Muchos científicos suponen que la urea desempeñó un papel fundamental.
Es una de las moléculas más sencillas que contienen carbono y nitrógeno. Es más, es muy probable que la urea estuviera presente incluso cuando la Tierra era muy joven, algo que también sugirió un famoso experimento realizado en la década de 1950: El científico estadounidense Stanley Miller preparó una mezcla de los gases que se cree que formaban la atmósfera primigenia del planeta y la expuso a las condiciones de una tormenta eléctrica. El resultado fue una serie de moléculas, una de las cuales era la urea.
Según las teorías actuales, la urea podría haberse enriquecido en los charcos calientes --llamados comúnmente sopa primordial-- de la Tierra entonces sin vida. Al evaporarse el agua de esta sopa, aumentó la concentración de urea. Por exposición a radiaciones ionizantes como los rayos cósmicos, es posible que esta urea concentrada produjera ácido malónico en múltiples pasos de síntesis. A su vez, esto puede haber creado los componentes básicos del ARN y el ADN.
Utilizando su nuevo método, los investigadores de la ETH de Zúrich y la Universidad de Ginebra investigaron el primer paso de esta larga serie de reacciones químicas para averiguar cómo se comporta una solución de urea concentrada cuando se expone a radiaciones ionizantes.
Las moléculas de urea en una solución concentrada de urea se agrupan en pares, o lo que se conoce como dímeros. Como han podido demostrar ahora los investigadores, la radiación ionizante hace que un átomo de hidrógeno de cada uno de estos dímeros se desplace de una molécula de urea a la otra. Esto convierte una molécula de urea en una molécula de urea protonada y la otra en un radical de urea. Este último es muy reactivo químicamente, tanto que es muy probable que reaccione con otras moléculas, formando también ácido malónico.
Los investigadores también lograron demostrar que esta transferencia de un átomo de hidrógeno se produce con extrema rapidez, en tan sólo unos 150 femtosegundos, o 150 cuatrillonésimas de segundo. "Es tan rápido que esta reacción se adelanta a todas las demás que teóricamente también podrían tener lugar --afirma Wörner--. Esto explica por qué las soluciones concentradas de urea producen radicales de urea en lugar de albergar otras reacciones que producirían otras moléculas".
En el futuro, Wörner y sus colegas quieren examinar los siguientes pasos que conducen a la formación de ácido malónico. Esperan que esto les ayude a comprender los orígenes de la vida en la Tierra.
En cuanto a su nuevo método, en general también puede utilizarse para examinar la secuencia precisa de las reacciones químicas en los líquidos.
"Toda una serie de reacciones químicas importantes tienen lugar en líquidos: no sólo todos los procesos bioquímicos del cuerpo humano, sino también un gran número de síntesis químicas relevantes para la industria --afirma Wörner--. Por eso es tan importante que ahora hayamos ampliado el alcance de la espectroscopia de rayos X con alta resolución temporal para incluir las reacciones en líquidos".
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