Está la raíz química de los bloques de construcción de la vida

El hidrocarburo pireno puede formarse cerca de las estrellas y facilitarv la vida

El hidrocarburo pireno puede formarse cerca de las estrellas y facilitarv la vida
El mundo y origen de la vida. PO

Experimentos en Berkeley Lab ha revelado cómo un hidrocarburo llamado pireno podría formarse cerca de las estrellas, allanando el camino para la formación de los bloques de construcción de la vida.

Científicos han utilizado experimentos de laboratorio para volver sobre los pasos químicos que conducen a la creación de hidrocarburos complejos en el espacio, mostrando las vías para formar nanoestructuras basadas en carbono 2-D en una mezcla de gases calentados.

El último estudio podría ayudar a explicar la presencia de pireno, que es un compuesto químico conocido como hidrocarburo aromático policíclico y compuestos similares en algunos meteoritos.

Un equipo de científicos, incluidos investigadores de Berkeley Lab y la Universidad de California (UC) Berkeley, participaron en el estudio, publicado en la revista ‘Nature Astronomy’.

El estudio fue dirigido por científicos de la Universidad de Hawai en Manoa, Estados Unidos, y también involucró a químicos teóricos en la Universidad Internacional de Florida, en Estados Unidos.

«Así es como creemos que algunas de las primeras estructuras basadas en carbono evolucionaron en el universo», afirma Musahid Ahmed, científico de la División de Ciencias Químicas del Laboratorio de Berkeley, quien se unió a otros miembros del equipo para realizar experimentos en la Fuente de Luz Avanzada (ALS, por sus siglas en inglés) de Berkeley Lab.

«Partiendo de gases simples, se pueden generar estructuras unidimensionales y bidimensionales, y el pireno podría llevar al grafeno 2-D –explica Ahmed–. Desde allí, se puede llegar al grafito, y comienza la evolución de la química más compleja».

El pireno tiene una estructura molecular compuesta de 16 átomos de carbono y 10 átomos de hidrógeno. Los investigadores encontraron que los mismos procesos químicos calentados que dan lugar a la formación del pireno también son relevantes para los procesos de combustión en los motores de los vehículos, por ejemplo, y la formación de partículas de hollín.

El último estudio se basa en trabajos anteriores que analizaron los hidrocarburos con anillos moleculares más pequeños que también se han observado en el espacio, como en la luna de Saturno, Titán, es decir, benceno y naftaleno.

«Cuando estos hidrocarburos se vieron por primera vez en el espacio, la gente se emocionó mucho. Se planteó la cuestión de cómo se formaron. ¿Se formaron puramente a través de reacciones en una mezcla de gases, o se formaron en una superficie acuosa, por ejemplo?», relata uno de los autores principales del estudio, Ralf I. Kaiser, profesor de Química en la Universidad de Hawai, en Manoa, Estados Unidos.

Ahmed dice que hay una interacción entre astrónomos y químicos en este trabajo detectivesco que busca volver a contar la historia de cómo se formaron los precursores químicos de la vida en el universo.

«Hablamos mucho con los astrónomos porque queremos su ayuda para descubrir qué hay ahí afuera –apunta Ahmed– y nos aporta información para pensar sobre cómo llegó allí».

Kaiser señala que los químicos físicos, por otro lado, pueden ayudar a arrojar luz sobre los mecanismos de reacción que pueden conducir a la síntesis de moléculas específicas en el espacio.

EL 20% DEL CARBONO DE LA VIA LACTEA

El pireno pertenece a una familia conocida como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), que se estima que representan aproximadamente el 20 por ciento de todo el carbono en la Vía Láctea.

Los PAH son moléculas orgánicas que se componen de una secuencia de anillos moleculares fusionados. Para explorar cómo se desarrollan estos anillos en el espacio, los científicos trabajan para sintetizar estas moléculas y otras circundantes que se sabe que existen en el espacio.

Un profesor de Química en la Universidad Internacional de Florida, Alexander M. Mebel, que participó en el estudio, subraya:

«Construyes un anillo a la vez, y hemos estado haciendo estos anillos cada vez más grandes. Esta es una forma muy reduccionista de mirar los orígenes de la vida: un bloque de construcción a la vez».

Para este estudio, los científicos exploraron las reacciones químicas derivadas de una combinación de un hidrocarburo complejo conocido como radical 4-fenantrenilo, que tiene una estructura molecular que incluye una secuencia de tres anillos y contiene un total de 14 átomos de carbono y nueve átomos de hidrógeno, con acetileno (dos átomos de carbono y dos átomos de hidrógeno).

Los compuestos químicos necesarios para el estudio no estaban disponibles comercialmente, subraya Felix Fischer, profesor asistente de Química en UC Berkeley, quien también contribuyó al estudio, por lo que su laboratorio preparó las muestras. «Estos productos químicos son muy tediosos de sintetizar en el laboratorio», detalla este experto.

En la ALS, los investigadores inyectaron la mezcla de gases en un microrreactor que calentaba la muestra a una temperatura alta para simular la proximidad de una estrella. La ALS genera rayos de luz, desde el infrarrojo hasta las longitudes de onda de rayos X, para respaldar una gama de experimentos científicos realizados por investigadores visitantes e internos.

Se expulsó la mezcla de gases del microrreactor a través de una pequeña boquilla a velocidades supersónicas, deteniendo a los activos químicos dentro de la célula calentada.

Luego, el equipo de investigación enfocó un haz de luz ultravioleta al vacío del sincrotrón en la mezcla de gases calentados que eliminó los electrones (un efecto conocido como ionización).

Entonces, analizaron la química utilizando un detector de partículas cargadas que midió los tiempos de llegada variados de partículas que se formaron después de la ionización. Estos tiempos de llegada llevaban las firmas reveladoras de las moléculas originales.

Estas mediciones experimentales, junto con los cálculos teóricos de Mebel, ayudaron a los investigadores a ver los pasos intermedios de la química en juego y confirmar la producción de pireno en las reacciones.

El trabajo de Mebel mostró cómo el pireno (una estructura molecular de cuatro anillos) podría desarrollar un compuesto conocido como fenantreno (una estructura de tres anillos).

Estos cálculos teóricos pueden ser útiles para estudiar una variedad de fenómenos, «desde llamas de combustión en la Tierra hasta salidas de estrellas de carbono y el medio interestelar», apunta Mebel.

Kaiser agrega:

«Estudios futuros podrían evaluar cómo crear cadenas aún mayores de moléculas anilladas usando la misma técnica y explorando cómo formar grafeno a partir de la química del pireno».

Otros experimentos liderados por miembros de la Universidad de Hawai explorarán qué sucede cuando los científicos mezclan gases de hidrocarburo en condiciones heladas y simulan radiación cósmica para ver si eso puede provocar la creación de moléculas que llevan a la vida.

«¿Es esto suficiente detonante? –se pregunta Ahmed–. Tiene que haber cierta autoorganización y autoensamblaje para crear formas de vida. La gran pregunta es si esto es algo que, inherentemente, permiten las leyes de la física».

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