Hipótesis del mundo de HAP

La hipótesis mundial de los HAP es una hipótesis especulativa que propone que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que se sabe que son abundantes en el universo, incluidos los cometas, y que se supone que son abundantes en la sopa primordial de La Tierra primitiva, jugó un papel importante en el origen de la vida al mediar en la síntesis de moléculas de ARN, lo que condujo al mundo del ARN. Sin embargo, hasta el momento la hipótesis no ha sido probada.

Antecedentes

El experimento Miller-Urey de 1952 demostró la síntesis de compuestos orgánicos, como aminoácidos, formaldehído y azúcares, a partir de los precursores inorgánicos originales que los investigadores supusieron que estaban presentes en la sopa primordial (pero que ya no se consideran probables). Este experimento inspiró a muchos otros. En 1961, Joan Oró descubrió que la base nucleotídica adenina podía obtenerse a partir de cianuro de hidrógeno (HCN) y amoniaco en una solución acuosa. Los experimentos realizados posteriormente demostraron que las otras nucleobases de ARN y ADN se podían obtener mediante química prebiótica simulada con una atmósfera reductora.

La hipótesis del mundo del ARN muestra cómo el ARN puede convertirse en su propio catalizador (una ribozima). En el medio faltan algunos pasos, como por ejemplo cómo se podrían formar las primeras moléculas de ARN. La hipótesis mundial de la HAP fue propuesta por Simon Nicholas Platts en mayo de 2004 para intentar completar este paso faltante. Ehrenfreund et al. ha publicado una idea más detallada.

Hidrocarburos aromáticos policíclicos

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son las más comunes y abundantes de las moléculas poliatómicas conocidas en el universo visible, y se consideran un componente probable del mar primordial. Recientemente se han detectado HAP, junto con fullerenos (o "buckybolas") en nebulosas. En abril de 2019, los científicos, trabajando con el Telescopio Espacial Hubble, informaron de la detección confirmada de grandes y complejas moléculas ionizadas de buckminsterfullereno (C₆₀) en los espacios del medio interestelar entre las estrellas. (Los fullerenos también están implicados en el origen de la vida; según la astrónoma Letizia Stanghellini, "es posible que las buckybolas del espacio exterior proporcionaran semillas para la vida en la Tierra".) En septiembre de 2012, científicos de la NASA informó que los HAP, sometidos a condiciones del medio interestelar (ISM), se transforman, mediante hidrogenación, oxigenación e hidroxilación, en compuestos orgánicos más complejos, "un paso en el camino hacia los aminoácidos y nucleótidos, las materias primas de las proteínas y el ADN". , respectivamente". Además, como resultado de estas transformaciones, los HAP pierden su firma espectroscópica, lo que podría ser una de las razones de la falta de detección de HAP en los granos de hielo interestelar, particularmente en las regiones exteriores de nubes frías y densas o en las capas moleculares superiores. capas de discos protoplanetarios."

En 2013, se detectaron hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera superior de Titán, la luna más grande del planeta Saturno.

En 2018, los investigadores informaron sobre vías químicas a baja temperatura desde compuestos orgánicos simples hasta HAP complejos. Estas vías químicas pueden ayudar a explicar la presencia de HAP en la atmósfera de baja temperatura de Titán, la luna de Saturno, y Pueden existir vías importantes, en términos de la hipótesis del mundo de la HAP, en la producción de precursores de sustancias bioquímicas relacionadas con la vida tal como la conocemos.

Los HAP normalmente no son muy solubles en agua de mar, pero cuando se exponen a radiación ionizante como la luz ultravioleta solar, los átomos de hidrógeno externos pueden eliminarse y reemplazarse con un grupo hidroxilo, lo que hace que los HAP sean mucho más solubles.

Estos HAP modificados son anfifílicos, lo que significa que tienen partes que son tanto hidrófilas como hidrófobas. Cuando están en solución, se ensamblan en pilas mesogénicas (cristales líquidos) discóticas que, como los lípidos, tienden a organizarse con sus partes hidrofóbicas protegidas.

En 2014, la NASA anunció una base de datos para rastrear hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el universo. Más del 20% del carbono del universo puede estar asociado a HAP, posibles materiales de partida para la formación de la vida. Los HAP parecen haberse formado ya un par de miles de millones de años después del Big Bang, abundan en el universo y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas.

Reacciones

Unión de nucleobases al andamio de PAH

En la pila de PAH autoordenada, la separación entre anillos adyacentes es de 0,34 nm. Ésta es la misma separación que se encuentra entre nucleótidos adyacentes de ARN y ADN. Las moléculas más pequeñas se unirán naturalmente a los anillos de PAH. Sin embargo, los anillos de PAH, mientras se forman, tienden a girar uno sobre el otro, lo que tenderá a desalojar los compuestos adheridos que colisionarían con los adheridos a los de arriba y de abajo. Por lo tanto, fomenta la unión preferencial de moléculas planas como las nucleobases de pirimidina y purina, los constituyentes clave (y portadores de información) del ARN y el ADN. Estas bases son igualmente anfifílicas y, por lo tanto, también tienden a alinearse en pilas similares.

Unión de la columna vertebral oligomérica

Según la hipótesis, una vez que las nucleobases están unidas (a través de enlaces de hidrógeno) al armazón de PAH, la distancia entre bases seleccionaría el "enlazador" moléculas de un tamaño específico, como pequeños oligómeros de formaldehído (metanal), también tomados de la "sopa" prebiótica, que se unirán (a través de enlaces covalentes) a las nucleobases y entre sí para agregar una estructura estructural flexible. columna vertebral.

Desprendimiento de las hebras similares a ARN

Una caída transitoria posterior del pH ambiental (aumento de la acidez), por ejemplo como resultado de una descarga volcánica de gases ácidos como el dióxido de azufre o el dióxido de carbono, permitiría que las bases se desprendieran de su armazón de HAP, formando Moléculas similares al ARN (con el esqueleto de formaldehído en lugar del esqueleto de ribosa-fosfato utilizado por el ARN "moderno", pero con el mismo paso de 0,34 nm).

Formación de estructuras similares a ribozimas

La hipótesis especula además que una vez que las hebras individuales largas similares a las de ARN se separan de las pilas de PAH, y después de que los niveles de pH ambiental se vuelven menos ácidos, tenderían a plegarse sobre sí mismas, con secuencias complementarias de nucleobases buscándose preferentemente entre sí. y formar enlaces de hidrógeno, creando estructuras estables, al menos parcialmente bicatenarias, similares a las de ARN, similares a las ribozimas. Los oligómeros de formaldehído eventualmente serían reemplazados por moléculas de ribosa-fosfato más estables para el material de la columna vertebral, lo que supondría un hito inicial para la hipótesis del mundo del ARN, que especula sobre futuros desarrollos evolutivos a partir de ese momento.