Un estudio reciente del MIT encontró que los estanques primitivos pueden haber proporcionado un entorno adecuado para elaborar las primeras formas de vida de la Tierra, más que los océanos.

Los investigadores informan que los cuerpos de agua poco profundos, del orden de 10 centímetros de profundidad, podrían haber mantenido altas concentraciones de lo que muchos científicos creen que es un ingrediente clave para impulsar la vida en la Tierra: el nitrógeno.

En estanques poco profundos, el nitrógeno, en forma de óxidos nitrogenados, habría tenido una buena probabilidad de acumularse lo suficiente como para reaccionar con otros compuestos y dar origen a los primeros organismos vivos. Según los investigadores, en los océanos mucho más profundos, el nitrógeno habría tenido más dificultades para establecer una presencia significativa que catalice la vida.

"Nuestro mensaje general es que, si crees que el origen de la vida requiere nitrógeno fijo, como lo hace mucha gente, es difícil que el origen de la vida suceda en el océano", dice el autor principal Sukrit Ranjan, un postdoctorado en el Departamento de la Tierra del MIT. , Ciencias Atmosféricas y Planetarias (EAPS). "Es mucho más fácil que eso suceda en un estanque".

Ranjan y sus colegas han publicado sus resultados hoy en la revista. Geoquímica, Geofísica, Geosistemas.. Los coautores del artículo son Andrew Babbin, el Profesor Asistente Doherty en Utilización del Océano en EAPS, junto con Zoe Todd y Dimitar Sasselov de la Universidad de Harvard, y Paul Rimmer en la Universidad de Cambridge.

Rompiendo un lazo

Si la vida primitiva surgió de una reacción clave que involucra nitrógeno, hay dos maneras en que los científicos creen que esto podría haber ocurrido. La primera hipótesis involucra al océano profundo, donde el nitrógeno, en forma de óxidos nitrogenados, podría haber reaccionado con el dióxido de carbono que burbujea a partir de respiraderos hidrotermales, para formar los primeros bloques de construcción moleculares de la vida.

La segunda hipótesis basada en el nitrógeno para el origen de la vida implica el ARN: el ácido ribonucleico, una molécula que hoy ayuda a codificar nuestra información genética. En su forma primitiva, el ARN era probablemente una molécula de flotación libre. Cuando entran en contacto con los óxidos nitrogenados, algunos científicos creen que el ARN podría haber sido inducido químicamente para formar las primeras cadenas moleculares de la vida. Este proceso de formación de ARN podría haber ocurrido en los océanos o en lagos y estanques poco profundos.

Los óxidos de nitrógeno probablemente se depositaron en cuerpos de agua, incluidos océanos y estanques, como restos de la descomposición del nitrógeno en la atmósfera terrestre. El nitrógeno atmosférico consiste en dos moléculas de nitrógeno, unidas a través de un triple enlace fuerte, que solo puede romperse mediante un evento extremadamente energético, a saber, un rayo.

"Los rayos son como una bomba realmente intensa que estalla", dice Ranjan. "Produce suficiente energía para romper ese triple enlace en nuestro gas nitrógeno atmosférico, para producir óxidos nitrogenados que luego pueden llover en cuerpos de agua".

Los científicos creen que podría haber habido suficientes rayos crepitantes en la atmósfera temprana para producir una gran cantidad de óxidos nitrogenados para alimentar el origen de la vida en el océano. Ranjan dice que los científicos han asumido que este suministro de óxidos nitrogenados generados por rayos fue relativamente estable una vez que los compuestos entraron en los océanos.

Sin embargo, en este nuevo estudio, identifica dos "sumideros" significativos o efectos que podrían haber destruido una porción significativa de óxidos nitrogenados, particularmente en los océanos. Él y sus colegas analizaron la literatura científica y encontraron que los óxidos nitrogenados en el agua se pueden descomponer a través de las interacciones con la luz ultravioleta del sol, y también con el hierro disuelto desprendido de las rocas oceánicas primitivas.

Ranjan dice que tanto la luz ultravioleta como el hierro disuelto podrían haber destruido una porción significativa de óxidos nitrogenados en el océano, enviando los compuestos de nuevo a la atmósfera como nitrógeno gaseoso.

"Demostramos que si incluyes estos dos nuevos sumideros en los que la gente no había pensado antes, eso suprime las concentraciones de óxidos nitrogenados en el océano en un factor de 1,000, en relación con lo que las personas calcularon antes", dice Ranjan.

"Construyendo una catedral"

En el océano, la luz ultravioleta y el hierro disuelto habrían hecho que los óxidos nitrogenados estuvieran mucho menos disponibles para sintetizar organismos vivos. En los estanques poco profundos, sin embargo, la vida habría tenido una mejor oportunidad de afianzarse. Esto se debe principalmente a que los estanques tienen mucho menos volumen sobre el cual se pueden diluir los compuestos. Como resultado, los óxidos nitrogenados se habrían acumulado a concentraciones mucho más altas en los estanques. Cualquier "sumidero", como la luz UV y el hierro disuelto, habría tenido menos efecto en las concentraciones generales del compuesto.

Ranjan dice que cuanto más superficial sea el estanque, mayor será la posibilidad de que los óxidos nitrogenados hayan tenido que interactuar con otras moléculas, y particularmente con el ARN, para catalizar los primeros organismos vivos.

"Estos estanques podrían haber tenido una profundidad de 10 a 100 centímetros, con una superficie de decenas de metros cuadrados o más", dice Ranjan. "Habrían sido similares a Don Juan Pond en la Antártida, que tiene una profundidad estacional de verano de unos 10 centímetros".

Puede que no parezca un cuerpo de agua significativo, pero dice que ese es precisamente el punto: en ambientes más profundos o más grandes, los óxidos nitrogenados simplemente habrían sido demasiado diluidos, excluyendo cualquier participación en la química del origen de la vida. Otros grupos han estimado que, hace unos 3.900 millones de años, justo antes de que aparecieran los primeros signos de vida en la Tierra, puede haber habido unos 500 kilómetros cuadrados de lagunas y lagos poco profundos en todo el mundo.

"Eso es absolutamente minúsculo, en comparación con la cantidad de área del lago que tenemos hoy", dice Ranjan. "Sin embargo, en relación con la cantidad de químicos en el área de la superficie, se requiere un postulado para que la vida comience, es bastante adecuado".

El debate sobre si la vida se originó en estanques y océanos no está del todo resuelto, pero Ranjan dice que el nuevo estudio proporciona una evidencia convincente para el primero.

"Esta disciplina es menos como derribar una fila de dominós, y más como construir una catedral", dice Ranjan. "No hay un momento real 'aha'. Es más como construir pacientemente una observación tras otra, y la imagen que está surgiendo es que, en general, muchas vías de síntesis prebióticas parecen ser químicamente más fáciles en los estanques que en los océanos".

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Fundación Simons y el MIT.

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