Stanford, influencia de los rayos cósmicos en la vida temprana

Los rayos cósmicos pueden haber dejado una huella indeleble en la vida temprana, dice el físico de Stanford

POR TAYLOR KUBOTA

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.

La radiación polarizada magnéticamente ioniza preferentemente un tipo de «mano» que conduce a una tasa de mutación ligeramente diferente entre las dos formas de vida protocolar. Con el tiempo, las moléculas diestras evolucionaron más que sus contrapartes zurdas. (Crédito de la imagen: Fundación Simons)

La radiación polarizada magnéticamente ioniza preferentemente un tipo de «mano» que conduce a una tasa de mutación ligeramente diferente entre las dos formas de vida protocolar. Con el tiempo, las moléculas diestras evolucionaron más que sus contrapartes zurdas. (Crédito de la imagen: Fundación Simons)

En un nuevo artículo, un profesor de Stanford y un ex estudioso postdoctoral especulan que esta interacción entre los antiguos protoorganismos 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 la mano, es la existencia de versiones de moléculas de imagen especular. Al igual que la mano izquierda y derecha, dos formas quirales de una sola molécula se reflejan entre sí en forma, pero no se alinean si se apilan. En cada biomolécula principal (aminoácidos, ADN, ARN), la vida solo usa una forma de mano molecular. Si la versión espejo de una molécula se sustituye por la versión regular dentro de un sistema biológico, el sistema a menudo fallará o dejará de funcionar por completo. En el caso del ADN, un solo azúcar equivocada interrumpiría la estructura helicoidal estable de la molécula.

Noémie Globus

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 a alguna influencia determinista desconocida. Pasteur planteó la hipótesis de que, si la vida es asimétrica, puede deberse a una asimetría en las interacciones fundamentales de la física que existen en todo el cosmos.

«Proponemos que la mano 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 especular», dijo  , autor principal del artículo y ex miembro de Koret en el Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC).

En su artículo, publicado el 20 de mayo en Astrophysical Journal Letters , 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.    influencia de los rayos cósmicos en la vida temprana    influencia de los rayos cósmicos en la vida temprana

Figura 1. Estructura tridimensional de la molécula de ARN y su imagen especular. La dirección de la conformación helicoidal de los ácidos nucleicos deriva de la quiralidad química subyacente de la cadena principal del azúcar. Los ácidos nucleicos contienen solo azúcares diestros (D-ribosa en ARN, D-desoxirribosa en ADN), que se muestran en el lado derecho de la figura. Asumen naturalmente una conformación helicoidal diestra. En el mundo espejo (lado izquierdo en la figura), los ácidos nucleicos contendrían solo azúcares zurdos (L-ribosa o L-desoxirribosa) y asumirían una conformación helicoidal predominantemente zurda.

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 rayos cósmicos 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 más de 700 metros debajo de la superficie de la Tierra. También están polarizados magnéticamente, lo que significa que, 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 afectar potencialmente 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 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 una a prevalecer sobre la otra. Estas pequeñas diferencias en la tasa de mutación habrían sido más significativas 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 vemos hoy.

Roger Blandford

«Esto es un poco como una ruleta en Las Vegas, donde se puede 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 un autor en el papel “Juega algunos juegos, nunca lo notarías. Pero si juegas con esta ruleta durante muchos años, los que apuestan habitualmente en rojo ganarán dinero y los que apuestan en 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 inevitablemente provienen de un trabajo adicional en 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 diferentes es emocionante y un experimento exitoso debería ser interesante».

texto original : https://news.stanford.edu/press-releases/2020/05/20/cosmic-rays-may-shaped-life/