Compuestos Orgánicos Extraterrestres

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Materia orgánica extraterrestre

La Tierra experimentó un amplio espectro de impactores que van desde el impactor del tamaño de Marte que creó la Luna, el bombardeo pesado tardío que se cree que ocurrió hace aproximadamente entre 4.100 y 3.800 millones de años, y meteoritos de diversos tamaños hasta polvo cósmico de menos de 1 µm. Se ha encontrado un gran número de moléculas orgánicas, incluidos aminoácidos, en las condritas carbonáceas. La recogida y el análisis de micrometeoritos en las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida sugieren que la Tierra acumuló grandes cantidades de moléculas orgánicas complejas extraterrestres. El intenso bombardeo probablemente provocó un reprocesamiento químico de la atmósfera primitiva de la Tierra. Los experimentos de laboratorio y espaciales apoyan la entrega extraterrestre de sustancias orgánicas a la Tierra primitiva.

Los cometas son los objetos planetarios más primitivos del sistema solar y se espera que sean los más ricos en compuestos orgánicos. Las observaciones terrestres han detectado cianuro de hidrógeno y formaldehído en la coma de los cometas.Entre las Líneas En 1986, los análisis a bordo realizados por las dos misiones rusas Vega 1 y 2, así como las observaciones obtenidas por la misión europea Giotto y las dos misiones japonesas Suisei y Sakigake, demostraron que el cometa Halley contiene cantidades sustanciales de material orgánico. Según el análisis de Delsemme, las partículas de polvo expulsadas del núcleo del cometa Halley contienen un 14% de carbono orgánico en masa (Delsemme, 1998). Alrededor del 30% de los granos cometarios están dominados por elementos ligeros C, H, O y N, y el 35% se aproximan en su composición a las condritas carbonosas.

Entre las moléculas identificadas en los cometas se encuentran el cianuro de hidrógeno y el formaldehído. La presencia de purinas, pirimidinas y polímeros de formaldehído también se ha inferido a partir de los fragmentos analizados por los espectrómetros de masas Giotto PICCA y Vega PUMA.Entre las Líneas En 1996 se detectaron en el cometa Hyakutake muchas especies químicas de interés para la exobiología, como amoníaco, metano, acetileno, acetonitrilo e isocianuro de hidrógeno. Además del cianuro de hidrógeno y el formaldehído, detectados en varios cometas anteriores, se demostró que el cometa Hale-Bopp también contenía metano, acetileno, ácido fórmico, acetonitrilo, isocianuro de hidrógeno, ácido isociánico, cianoacetileno y tioformaldehído .

La colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter en julio de 1994 fue un ejemplo de este tipo de acontecimientos. Estas colisiones eran probablemente más frecuentes hace 4.000 millones de años, ya que los cometas que orbitaban alrededor del Sol eran más numerosos. Por tanto, los cometas podrían aparecer como una importante fuente de moléculas orgánicas que llegaron a la Tierra primitiva.

Puntualización

Sin embargo, es poco probable que los cometas enteros pudieran haber entregado sustancias orgánicas a la Tierra de forma segura. Explotaron al atravesar la atmósfera o al impactar contra la superficie terrestre.

La nave robótica Rosetta de la Agencia Espacial Europea (ESA) realizó el estudio más detallado de un cometa jamás intentado. Lanzada en marzo de 2004, la nave llegó al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko en agosto de 2014. La nave espacial constaba de dos elementos principales: el orbitador de la sonda espacial Rosetta y el aterrizador robótico Philae. El orbitador contaba con once instrumentos. Entre ellos, ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) midió la proporción de deuterio e hidrógeno del vapor de agua que emanaba del cometa y descubrió que era más de tres veces mayor que la de los océanos de la Tierra (véase más detalles). El descubrimiento alimenta el debate sobre el origen de los océanos de la Tierra.

El instrumento también realizó la primera medición de nitrógeno molecular en un cometa, proporcionando pistas sobre el entorno de temperatura en el que se formó el cometa (Rubin et al., 2015).

Otros Elementos

Además, ROSINA detectó glicina volátil, acompañada de metilamina y etilamina, en la coma, confirmando los resultados de Stardust. Junto con la detección de fósforo y multitud de moléculas orgánicas, este resultado demuestra que los cometas podrían haber desempeñado un papel crucial en la aparición de la vida en la Tierra. El mismo instrumento midió isótopos de xenón y demostró que los cometas contribuyeron a la atmósfera de la Tierra. Otro instrumento de Rosetta, COSIMA, dedicado al análisis de granos cometarios mediante TOF-SIMS (Espectrometría de Masas de Iones Secundarios en Tiempo de Vuelo) mostró la presencia de orgánicos macromoleculares complejos en los granos emitidos por el núcleo cometario, similares a la materia orgánica insoluble encontrada en las condritas carbonáceas.

La sonda robótica Philae aterrizó en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko el 12 de noviembre de 2014, logrando el primer aterrizaje en el núcleo de un cometa. Albergaba nueve instrumentos. Entre ellos, COSAC (Cometary Sampling and Composition experiment) fue diseñado para detectar e identificar moléculas orgánicas complejas a partir de su composición elemental y molecular. El SD2 (Sample and Distribution Device) fue diseñado para perforar más de 20 cm en la superficie, recoger muestras y entregarlas a diferentes hornos o para su inspección al microscopio. A finales de 2014, el módulo de aterrizaje Philae aterrizó con éxito en el cometa. Desgraciadamente, rebotó dos veces y finalmente se posó en un lugar y con una configuración que impedía a los paneles solares cargar las baterías. Tras un año de silencio de la nave, la ESA comenzó a apagar los sistemas. Philae proporcionó resultados interesantes para la astrobiología. Justo después del primer aterrizaje en el cometa, el espectrómetro de masas COSAC tomó un espectro en modo de rastreo del material expulsado. El espectro mostró un conjunto de 16 compuestos orgánicos, entre ellos isocianato de metilo, acetona, propionaldehído y etanamida.

A diferencia de los cometas, los meteoritos que contienen carbono (las condritas carbonosas, principalmente) han aportado materiales orgánicos a la Tierra desde su formación. Contienen entre un 1,5% y un 4% de carbono, en su mayor parte como materiales orgánicos. Cien kilogramos del meteorito Murchison, una condrita carbonácea del tipo CM2 que cayó en Australia en 1969, han sido ampliamente analizados.

Los materiales orgánicos de Murchison se clasifican generalmente según su solubilidad en agua y en disolventes orgánicos. Los componentes insolubles y solubles representan respectivamente el 70% y el 30% del total de los componentes de carbono. El material orgánico insoluble se denomina kerógeno, un material macromolecular insoluble poco identificado de composición compleja con abundancias elementales medias C100H46N10O15S4.5.

Detalles

Los análisis de resonancia magnética nuclear (RMN), infrarrojos (IR) y pirólisis sugieren la presencia de grupos de anillos aromáticos unidos por cadenas alifáticas, con ramificaciones periféricas y grupos funcionales.

La materia orgánica insoluble libera una variedad de hidrocarburos aromáticos y heteroatómicos, así como un conjunto de ácidos alquil dicarboxílicos de hasta C18 de longitud de cadena en condiciones similares a las de los respiraderos hidrotermales.

Los compuestos orgánicos solubles del meteorito Murchison representan un grupo diverso y abundante de orgánicos que varían desde compuestos volátiles como el metano y el etano hasta pequeños compuestos solubles en agua como aminoácidos y polioles hasta hidrocarburos de 30 carbonos de longitud. La diversidad de aminoácidos se ha analizado en detalle. El número total de aminoácidos detectados en los meteoritos es de un centenar. Se identificaron todos los posibles α-aminoalquilaminoácidos de hasta siete carbonos, así como grandes abundancias de aminoácidos N-sustituidos, cíclicos, β-, γ-, δ- y ε- . Se han encontrado ocho aminoácidos biológicos (glicina, alanina, prolina, leucina, isoleucina, valina, ácido aspártico y ácido glutámico). También se han encontrado bases de ácidos nucleicos, purinas y pirimidinas, en el meteorito de Murchison.

No se ha detectado ribosa (el azúcar que une los bloques de construcción de los ácidos nucleicos) en los meteoritos. Se han extraído ácidos grasos formadores de gotas de diferentes meteoritos carbonáceos. Una combinación de métodos analíticos de alta resolución, incluida la espectroscopia estructural orgánica (FTICR/MS, UPLC-QTOF-MS y RMN) aplicada a la fracción orgánica de Murchison extraída en condiciones suaves ha ampliado su diversidad química autóctona a decenas de miles de composiciones moleculares diferentes y probablemente millones de estructuras diversas. La mayoría de los aminoácidos detectados en las condritas carbonáceas son quirales pero se presentan como racémicos (es decir, los enantiómeros L y D están presentes en proporciones iguales).

Puntualización

Sin embargo, se han detectado algunas mezclas desequilibradas de enantiómeros (véase la sección “La intrigante unicidad de la vida”). El descubrimiento de un gran número de meteoritos desde 1969 ha proporcionado nuevas oportunidades para buscar compuestos orgánicos en las condritas carbonosas de tipo CM (Pizzarello et al., 2001; Glavin et al., 2006; Pizzarello & Shock, 2010).

Las recolecciones de micrometeoritos en la capa de hielo de Groenlandia y la Antártida (Maurette, 1998, 2006) muestran que la Tierra captura polvo interplanetario en forma de micrometeoritos a un ritmo de unas 20.000 toneladas al año. Alrededor del 99% de esta masa es transportada por micrometeoritos en los rangos de tamaño de 50-500 µm. Este valor es unas 2.000 veces superior a la estimación más fiable del flujo de meteoritos (es decir, unas 10 toneladas al año). Este asombroso predominio de los micrometeoritos ya sugiere su papel potencialmente importante en la entrega de sustancias orgánicas complejas a la Tierra primitiva, especialmente entre 4,1-3,9 Ga, cuando el flujo de micrometeoritos probablemente se incrementó en varios órdenes de magnitud. Las mediciones del flujo de micrometeoritos en la Antártida sugieren que la Tierra acumuló una enorme masa (~5×1024 g) de micrometeoritos durante los primeros ~300 Ma del periodo postlunar. Al menos un 20 % en peso de los micrometeoritos sobrevivió sin fundirse a la entrada en la atmósfera. Dado que su fracción de kerógeno representa aproximadamente un 2,5 % en peso de carbono, esto equivale a una masa total de kerógeno de ~2,5×1022 g en la superficie de la Tierra primitiva.

A modo de comparación, esta entrega representa más carbono que el presente en la biomasa de la Tierra actual (1018 g). Se ha identificado un aminoácido, el ácido α-amino isobutírico, en micrometeoritos antárticos. Estos granos también contienen una alta proporción de sulfuros metálicos, óxidos y minerales de arcilla, una rica variedad de catalizadores inorgánicos que podrían haber promovido las reacciones del material carbonoso que condujeron al origen de la vida. El análisis de los granos de polvo recogidos por la misión Cosmic Dust apoya un origen cometario para los micrometeoritos recogidos en la Antártida. Una colección de micrometeoritos antárticos de CONCORDIA recuperados de la nieve ultralimpia cerca del Domo C proporcionó la colección más imparcial de polvo cósmico de gran tamaño disponible. Se pueden encontrar muchas similitudes entre los micrometeoritos antárticos y las muestras del cometa Wild 2, en términos de composiciones químicas, mineralógicas e isotópicas, y en la estructura y composición de su materia carbonosa. El origen cometario ha sido confirmado por un modelo de nube zodiacal basado en las propiedades orbitales y los tiempos de vida de los cometas y asteroides, y restringido por las observaciones del Satélite Astronómico Infrarrojo de la emisión térmica, pero también es cualitativamente consistente con las observaciones de meteoritos, con los experimentos de impacto de las naves espaciales y con las propiedades de los micrometeoritos recuperados.

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Compuestos Orgánicos Extraterrestres en los Meteoritos

Muchos de los compuestos orgánicos o de sus precursores que se encuentran en los meteoritos se originaron en el medio interestelar o circundante y posteriormente se incorporaron a los planetas durante la formación del sistema solar. La característica más distintiva de las condritas carbonosas CI y CM, dos tipos de meteoritos pétreos, es su alto contenido en carbono (hasta el 3% del peso), ya sea en forma de carbonatos o de compuestos orgánicos.

La mayor parte del carbono orgánico consiste en un material macromolecular insoluble con una estructura compleja. También está presente una fracción orgánica insoluble, que ha sido analizada mediante varios procedimientos de separación y análisis. Los límites de detección son bajos, ya que se pueden derivar las moléculas orgánicas con reactivos que permiten el análisis mediante cromatografía de gases/espectroscopia de masas y cromatografía líquida de alto rendimiento. Se ha descubierto que el meteorito Murchison contiene más de 70 aminoácidos extraterrestres y otras clases de compuestos, como ácidos carboxílicos, hidroxicarboxílicos, sulfónicos y fosfónicos, hidrocarburos alifáticos, aromáticos y polares, fullerenos y heterociclos, así como compuestos carbonílicos, alcoholes, aminas y amidas. La materia orgánica está enriquecida en indeuterio, y los distintos compuestos orgánicos presentan enriquecimientos isotópicos de carbono y nitrógeno en relación con la materia terrestre.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

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Recursos

Véase También

Astronomía, Biología, Ciencia Planetaria, Espacio Exterior, Origen del Mundo, Origen de la Vida,

Bibliografía

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