De la universidad de Arizona
Un equipo de la Universidad de Arizona informa sobre la primera evidencia experimental que muestra cómo el nitrógeno atmosférico puede incorporarse a las macromoléculas orgánicas. El hallazgo indica qué moléculas orgánicas podrían encontrarse en Titán, la luna de Saturno que los científicos creen que es un modelo para la química de la Tierra pre-vida.
La Tierra y Titán son los únicos cuerpos planetarios conocidos que tienen atmósferas gruesas, predominantemente nitrogenadas, dijo Hiroshi Imanaka, quien realizó la investigación mientras era miembro del departamento de química y bioquímica de la UA.
La forma en que las moléculas orgánicas complejas se nitrogenan en entornos como la Tierra primitiva o la atmósfera de Titán es un gran misterio, dijo Imanaka.
"Titán es muy interesante porque su atmósfera dominada por nitrógeno y su química orgánica podrían darnos una pista sobre el origen de la vida en nuestra Tierra", dijo Imanaka, ahora científica asistente de investigación en el Laboratorio Lunar y Planetario de la UA. "El nitrógeno es un elemento esencial de la vida".
Sin embargo, no cualquier nitrógeno será suficiente. El gas nitrógeno debe convertirse en una forma de nitrógeno químicamente más activa que pueda impulsar las reacciones que forman la base de los sistemas biológicos.
Imanaka y Mark Smith convirtieron una mezcla de gas nitrógeno-metano similar a la atmósfera de Titán en una colección de moléculas orgánicas que contienen nitrógeno al irradiar el gas con rayos UV de alta energía. La configuración del laboratorio fue diseñada para imitar cómo la radiación solar afecta la atmósfera de Titán.
La mayor parte del nitrógeno se movió directamente a compuestos sólidos, en lugar de gaseosos, dijo Smith, profesor de la UA y jefe de química y bioquímica. Los modelos anteriores predijeron que el nitrógeno pasaría de compuestos gaseosos a sólidos en un proceso gradual más largo.
Titán se ve de color naranja porque un smog de moléculas orgánicas envuelve el planeta. Las partículas en el smog eventualmente se depositarán en la superficie y pueden estar expuestas a condiciones que podrían crear vida, dijo Imanaka, quien también es investigadora principal en el Instituto SETI en Mountain View, California.
Sin embargo, los científicos no saben si las partículas de smog de Titán contienen nitrógeno. Si algunas de las partículas son las mismas moléculas orgánicas que contienen nitrógeno que el equipo de UA creó en el laboratorio, las condiciones propicias para la vida son más probables, dijo Smith.
Las observaciones de laboratorio como estas indican qué deberían buscar las próximas misiones espaciales y qué instrumentos deberían desarrollarse para ayudar en la búsqueda, dijo Smith.
El artículo de Imanaka y Smith, "Formación de aerosoles orgánicos nitrogenados en la atmósfera superior de Titán", está programado para su publicación en la edición Early Online de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 28 de junio. La NASA proporcionó fondos para la investigación.
Los investigadores de la UA querían simular condiciones en la delgada atmósfera superior de Titán porque los resultados de la Misión Cassini indicaron que la radiación "ultravioleta" que golpeaba la atmósfera creó moléculas orgánicas complejas.
Por lo tanto, Imanaka y Smith usaron la Fuente de luz avanzada en el sincrotón del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, para disparar luz ultravioleta de alta energía en un cilindro de acero inoxidable que contiene nitrógeno y gas metano a muy baja presión.
Los investigadores utilizaron un espectrómetro de masas para analizar los productos químicos que resultaron de la radiación.
Aunque parezca simple, configurar el equipo experimental es complicado. La propia luz UV debe pasar a través de una serie de cámaras de vacío en su camino hacia la cámara de gas.
Muchos investigadores quieren usar la fuente de luz avanzada, por lo que la competencia por el tiempo en el instrumento es feroz. A Imanaka y Smith se les asignaron una o dos franjas horarias por año, cada una de las cuales fue durante ocho horas al día durante solo cinco a 10 días.
Para cada intervalo de tiempo, Imanaka y Smith tuvieron que empacar todo el equipo experimental en una camioneta, conducir a Berkeley, configurar el delicado equipo y lanzarse a una intensa serie de experimentos. A veces trabajaron más de 48 horas seguidas para aprovechar al máximo su tiempo en la Fuente de luz avanzada. Completar todos los experimentos necesarios tomó años.
Imanaka dijo: "Si perdemos un solo tornillo, estropea nuestro tiempo de haz".
Al principio, solo analizaba los gases del cilindro. Pero no detectó ningún compuesto orgánico que contenga nitrógeno.
Imanaka y Smith pensaron que había algo mal en la configuración experimental, por lo que modificaron el sistema. Pero aún no hay nitrógeno.
"Fue todo un misterio", dijo Imanaka, el primer autor del artículo. "¿A dónde se fue el nitrógeno?"
Finalmente, los dos investigadores recogieron los trozos de mugre marrón que se reunieron en la pared del cilindro y lo analizaron con lo que Imanaka llamó "la técnica de espectrómetro de masas más sofisticada".
Imanaka dijo: "¡Entonces finalmente encontré el nitrógeno!"
Imanaka y Smith sospechan que dichos compuestos se forman en la atmósfera superior de Titán y finalmente caen en la superficie de Titán. Una vez en la superficie, contribuyen a un entorno propicio para la evolución de la vida.
