Un sol tormentoso y activo puede haber iniciado la vida en la Tierra

Los primeros bloques de construcción de la vida en la Tierra pueden haberse formado gracias a las erupciones de nuestro Sol, según un nuevo estudio.

Una serie de experimentos químicos muestran cómo las partículas solares, que chocan con los gases en la atmósfera primitiva de la Tierra, pueden formar aminoácidos y ácidos carboxílicos, los componentes básicos de las proteínas y la vida orgánica.

Para comprender los orígenes de la vida, muchos científicos intentan explicar cómo se formaron los aminoácidos, las materias primas a partir de las cuales se formaron las proteínas y toda la vida celular. La propuesta más conocida se originó a finales de 1800 cuando los científicos especularon que la vida podría haber comenzado en un "pequeño estanque cálido": una sopa de productos químicos, energizados por rayos, calor y otras fuentes de energía, que podrían mezclarse en cantidades concentradas para formar moléculas orgánicas.

En 1953, Stanley Miller de la Universidad de Chicago trató de recrear estas condiciones primordiales en el laboratorio. Miller llenó una cámara cerrada con metano, amoníaco, agua e hidrógeno molecular, gases que se cree que prevalecen en la atmósfera primitiva de la Tierra, y encendió repetidamente una chispa eléctrica para simular un rayo. Una semana después, Miller y su asesor graduado Harold Urey analizaron el contenido de la cámara y encontraron que se habían formado 20 aminoácidos diferentes.

"Esa fue una gran revelación", dijo Vladimir Airapetian, astrofísico estelar del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y coautor del nuevo artículo. "A partir de los componentes básicos de la atmósfera primitiva de la Tierra, se pueden sintetizar estas moléculas orgánicas complejas".

Pero los últimos 70 años han complicado esta interpretación. Los científicos ahora creen que el amoníaco (NH3) y el metano (CH4) eran mucho menos abundantes; en cambio, el aire de la Tierra se llenó de dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno molecular (N2), que requieren más energía para descomponerse. Estos gases aún pueden producir aminoácidos, pero en cantidades muy reducidas.

Buscando fuentes de energía alternativas, algunos científicos señalaron las ondas de choque de los meteoros entrantes. Otros citaron la radiación ultravioleta solar. Airapetian, utilizando datos de la misión Kepler de la NASA, señaló una nueva idea: partículas energéticas de nuestro Sol.

Kepler observó estrellas lejanas en diferentes etapas de su ciclo de vida, pero sus datos proporcionan pistas sobre el pasado de nuestro Sol. En 2016, Airapetian publicó un estudio que sugiere que durante los primeros 100 millones de años de la Tierra, el Sol era aproximadamente un 30% más tenue. Pero las "superllamaradas" solares, poderosas erupciones que solo vemos una vez cada 100 años más o menos hoy, habrían entrado en erupción una vez cada 3-10 días. Estas superllamaradas lanzan partículas cercanas a la velocidad de la luz que colisionarían regularmente con nuestra atmósfera, iniciando reacciones químicas.

"Tan pronto como publiqué ese artículo, el equipo de la Universidad Nacional de Yokohama de Japón me contactó", dijo Airapetian.

El Dr. Kobayashi, profesor de química allí, había pasado los últimos 30 años estudiando química prebiótica. Estaba tratando de entender cómo los rayos cósmicos galácticos, partículas entrantes de fuera de nuestro sistema solar, podrían haber afectado la atmósfera primitiva de la Tierra. "La mayoría de los investigadores ignoran los rayos cósmicos galácticos porque requieren equipos especializados, como aceleradores de partículas", dijo Kobayashi. "Tuve la suerte de tener acceso a varios de ellos cerca de nuestras instalaciones". Pequeños ajustes a la configuración experimental de Kobayashi podrían poner a prueba las ideas de Airapetian.

Airapetian, Kobayashi y sus colaboradores crearon una mezcla de gases que coincidían con la atmósfera primitiva de la Tierra tal como la entendemos hoy. Combinaron dióxido de carbono, nitrógeno molecular, agua y una cantidad variable de metano. (La proporción de metano en la atmósfera primitiva de la Tierra es incierta, pero se cree que es baja). Dispararon las mezclas de gases con protones (simulando partículas solares) o las encendieron con descargas de chispas (simulando rayos), replicando el experimento de Miller-Urey para comparar.

Mientras la proporción de metano fuera superior al 0,5%, las mezclas disparadas por protones (partículas solares) produjeron cantidades detectables de aminoácidos y ácidos carboxílicos. Pero las descargas de chispas (rayos) requerían una concentración de metano de aproximadamente el 15% antes de que se formaran aminoácidos.

"E incluso con un 15% de metano, la tasa de producción de los aminoácidos por los rayos es un millón de veces menor que la de los protones", agregó Airapetian. Los protones también tendían a producir más ácidos carboxílicos (un precursor de aminoácidos) que los encendidos por las descargas de chispas.

En igualdad de condiciones, las partículas solares parecen ser una fuente de energía más eficiente que los rayos. Pero todo lo demás probablemente no era igual, sugirió Airapetian. Miller y Urey asumieron que los rayos eran tan comunes en el momento del "pequeño estanque cálido" como lo son hoy. Pero los rayos, que provienen de nubes de tormenta formadas por el aire caliente ascendente, habrían sido más raros bajo un Sol un 30% más tenue.

"Durante las condiciones frías nunca hay rayos, y la Tierra primitiva estaba bajo un Sol bastante débil", dijo Airapetian. "Eso no quiere decir que no podría haber venido de un rayo, pero los rayos parecen menos probables ahora, y las partículas solares parecen más probables".

Estos experimentos sugieren que nuestro joven Sol activo podría haber catalizado los precursores de la vida más fácilmente, y tal vez antes, de lo que se suponía anteriormente.