Descubren etanolamina en el espacio, una molécula clave en el origen de la vida

La aparición de membranas celulares representa un hito crucial en el origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra, ya que se encargan de mantener unas condiciones estables en el interior de las células, protegiendo tanto el material genético como la maquinaria metabólica, además de regular el transporte de sustancias. Aunque esta capa de todas las células está hecha de fosfolípidos, todavía hay un gran debate en torno a su naturaleza primigenia y al propio origen de los fosfolípidos.

Ahora un equipo científico internacional de astrofísicos, astroquímicos y bioquímicos, liderado por el investigador Victor M. Rivilla del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), acaba de hacer un descubrimiento de gran importancia para la astrobiología: la primera detección en el espacio de etanolamina (NH2CH2CH2OH), una molécula que contiene cuatro de los seis elementos químicos fundamentales para la vida. El estudio se publica en la revista PNAS.

Usando como fondo la nube molecular G+0.693-0.027 próxima al centro de nuestra galaxia, se muestran sucesivamente una vista esquemática de una célula, su membrana celular formada por la bicapa de fosfolípidos, detalle tridimensional de uno de ellos, formado, a su vez, por dos colas hidrofóbicas y una cabeza hidrofílica con etanolamina (NH2CH2CH2OH), la especie molecular detectada en el espacio. / V.M. Rivilla y C. Briones (CAB) / cámara IRAC4 a bordo del Telescopio Espacial Spitzer (NASA).

La etanolamina  puede actuar como precursora del aminoácido glicina, y además forma parte de los fosfolípidos más simples (y los segundos más abundantes) que constituyen las membranas celulares.

El descubrimiento de esta importante molécula prebiótica se ha producido concretamente en la nube molecular G+0.693-0.027, situada cerca del centro de nuestra galaxia, utilizando para ello el radiotelescopio IRAM de 30 metros de diámetro de Pico Veleta (Granada) y el de 40 metros del Observatorio de Yebes (Guadalajara).

Como señala Rivilla, “estos resultados sugieren que la etanolamina se sintetiza eficientemente en el espacio interestelar en nubes moleculares donde se forman nuevas estrellas y sistemas planetarios”.

Los investigadores han hallado que la abundancia en el medio interestelar de la etanolamina en relación con la del agua indica que la primera se formó probablemente en el espacio y pudo más tarde ser transferida a los gránulos que forman los asteroides, de los cuales provienen los meteoritos.

“Sabemos que un amplio repertorio de moléculas prebióticas podría haber llegado a la Tierra primitiva a través del bombardeo de cometas y meteoritos”, señala Izaskun Jiménez-Serra, investigadora del CAB y coautora del estudio.

“Estimamos que alrededor de mil billones de litros de etanolamina podrían haber sido transferidos a la Tierra primitiva a través de impactos meteoríticos. Esto equivale al volumen total del lago Victoria, el más grande de África por área”, añade Jiménez-Serra.

Simulaciones de la Tierra primitiva

Los experimentos que simulan las condiciones químicas en la Tierra primitiva confirman que la etanolamina podría haber colaborado en la producción de los fosfolípidos más simples en esas épocas tempranas de nuestro planeta.

Para el coautor Carlos Briones, investigador del CAB en bioquímica y biología molecular, “la disponibilidad de etanolamina en la Tierra primitiva, junto con glicerol, grupos fosfato y ácidos o alcoholes grasos, pudo haber contribuido a la evolución de las membranas celulares primitivas; y esto tiene importantes implicaciones no sólo para el estudio del origen de la vida en la Tierra, sino también en otros planetas y satélites habitables dentro del sistema solar o en cualquier parte del universo”.

El descubrimiento de la etanolamina viene a sumarse a las importantes contribuciones que ha hecho el CAB en el campo de la química en el medio interestelar, incluyendo las primeras detecciones en el espacio de otras moléculas de gran interés astrobiológico, como la hidroxilamina o el ácido tiofórmico.

La búsqueda en el medio interestelar de moléculas precursoras de la química prebiótica continuará en los próximos años. “Gracias a la mejora de la sensibilidad de los radiotelescopios actuales y los de próxima generación, seremos capaces de detectar en el espacio moléculas cada vez más complejas y que pudieron dar lugar a los tres componentes moleculares básicos de la vida: los lípidos (que forman las membranas), los ácidos nucleicos ARN y ADN (que contienen y transmiten la información genética), y las proteínas (que se encargan de la actividad metabólica)”, señala Rivilla, que concluye: “Comprender cómo se forman estas semillas prebióticas en el espacio podría ser clave para entender el origen de la vida”.

Detección reciente de indeno en el espacio

Por su parte, investigadores del Instituto de Física Fundamental (IFF) del CSIC también han confirmado recientemente y por primera vez la presencia inequívoca de indeno (c-C9H8), un hidrocarburo policíclico aromático (PAH, por sus siglas en inglés), en el medio interestelar. Concretamente en un lugar inesperado: la nube oscura y fría de Tauro o TMC-1.

Nube de Heiles 2, que forma parte de la nube molecular de Tauro (Taurus Molecular Cloud (TMC). / Grand Mesa Observatory, Colorado (EE UU), Terry Hancock y Tom Masterson.

Los PAH son compuestos orgánicos formados por anillos, con muy mala fama en la tierra porque, en su mayor parte, son fruto de la combustión de petróleo y carbón y resultan tóxicos para el ser humano. Sin embargo, en el espacio tienen otro papel que, pese a necesitar de confirmación, puede estar relacionado incluso con el origen de la vida.

En las observaciones que se hacen del medio interestelar hay unas bandas infrarrojas que, hasta ahora, no se sabía con certeza qué podían ser. Se barajaba la hipótesis (desde hace más de 40 años) de que se tratase, precisamente, de hidrocarburos policíclicos aromáticos, pero faltaba la confirmación definitiva.

En un principio se pensaba que los PAH podrían formarse en envolturas circunestelares en torno a estrellas evolucionadas. Estas estrellas se encuentran en las etapas finales de su vida y expulsan gran parte de su materia al medio interestelar. De hecho, hace 20 años se detectó por primera vez benceno, anillo aromático presente en multitud de PAH, en las regiones calientes e iluminadas por luz ultravioleta en torno a una estrella evolucionada, lo cual hacía pensar que la formación de estos hidrocarburos requiere de temperaturas elevadas y de luz ultravioleta.

La presencia de PAH en el medio interestelar, por tanto, tendría un origen exógeno. Esto es, se formaría en ambientes circunestelares y serían posteriormente transportados al medio interestelar mediante vientos estelares.

Sin embargo, la primera detección se ha llevado a cabo en un lugar imprevisto: el núcleo preestelar frío de TMC-1, que está bien protegido de la radiación ultravioleta. En este entorno, además del indeno, se ha detectado la presencia de etinil ciclopropenilideno (c-C3HCCH) y de ciclopentadieno (c-C5H6). Cabe señalar que el ciclopentadieno y el indeno, moléculas formadas por anillos de cinco y seis átomos de carbono, son, a pesar de su gran tamaño, excepcionalmente abundantes.

“Con estas observaciones, no solo se demuestra definitivamente la presencia de PAH en el medio interestelar, sino que se confirma que se forman in situ y a partir de moléculas menos complejas, es decir, que no son transportadas desde otros entornos (por ejemplo, sobre la superficie de los granos de polvo), sino que se forman según lo que se denomina bottom-up, de abajo hacia arriba, a partir de moléculas más pequeñas que se van uniendo en la fase gaseosa”, explica el investigador José Cernicharo, del IFF-CSIC y autor principal del estudio, publicado en Astronomy & Astrophysics.

Confirmar relación con origen de la vida

Aunque algunas teorías relacionan a los PAH con el origen de la vida, aún son necesarios más estudios para corroborar el papel que han podido jugar en la creación de las nucleobases, las cuales forman parte del ARN. A la espera de obtener más datos que puedan o no confirmar esta posibilidad, este trabajo supone un gran paso en los estudios que buscan explicar los mecanismos de formación de moléculas complejas, que siguen siendo, en su mayor parte, un misterio.

Las observaciones de TMC-1 también se han llevado a cabo con el radiotelescopio de 40 metros del Observatorio de Yebes, del Instituto Geográfico Nacional (IGN), y han sido posibles gracias a nuevos receptores construidos en el marco de un proyecto europeo.

Referencias:

Víctor M. Rivilla et al. “Discovery in space of ethanolamine, the simplest phospholipid head Group”. PNAS, 2021.
(Dos de los coautores, C. Briones y I. Jiménez-Serra, coordinan el reto de investigación The origins of life: from chemistry to biology dentro de la temática estratégica Origins, (co)evolution, diversity and synthesis of life en los Libros Blancos del CSIC 2030).

J. Cernicharo et al. “Pure hydrocarbon cycles in TMC-1: Discovery of ethynyl cyclopropenylidene, cyclopentadiene and indene”. Astronomy & Astrophysics, 2021
(Estudio enmarcado dentro del proyecto Nanocosmos financiado por el European Research Council)