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Jun 16, 2023

Un mundo en un tubo de ensayo: eliminar rastros de vida en el laboratorio ayuda a los científicos de la NASA a estudiar sus orígenes

Por Jet Propulsion Laboratory 2 de marzo de 2023 Esta ilustración de la Tierra primitiva incluye agua líquida y magma que se filtra desde el núcleo del planeta debido a un gran impacto. Los científicos de la NASA están

Por Jet Propulsion Laboratory 2 de marzo de 2023

Esta ilustración de la Tierra primitiva incluye agua líquida y magma que se filtra desde el núcleo del planeta debido a un gran impacto. Los científicos de la NASA están investigando la química que podría haber existido en este momento de la historia del planeta. Crédito: Simone Marchi

A specialized laboratory at JPLThe Jet Propulsion Laboratory (JPL) is a federally funded research and development center that was established in 1936. It is owned by NASA and managed by the California Institute of Technology (Caltech). The laboratory's primary function is the construction and operation of planetary robotic spacecraft, though it also conducts Earth-orbit and astronomy missions. It is also responsible for operating NASA's Deep Space Network. JPL implements programs in planetary exploration, Earth science, space-based astronomy and technology development, while applying its capabilities to technical and scientific problems of national significance." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">El JPL, diseñado para eliminar la influencia química de los organismos modernos, permite a los científicos investigar la química que pudo haber dado origen a la vida.

At NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> En el Laboratorio de Orígenes y Habitabilidad del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, puedes encontrar un mundo en un tubo de ensayo. Esta es una representación simplificada de la Tierra primitiva, reconstruida para parecerse a las condiciones que existían en nuestro planeta hace unos 4 mil millones de años. A través de esta simulación, los científicos pueden centrarse en las posibles reacciones químicas que ocurrieron durante ese tiempo, incluidas aquellas que podrían haber jugado un papel crucial en el desarrollo de la vida en la Tierra o podrían indicar la existencia de vida en otros planetas.

El año pasado, investigadores del Laboratorio de Orígenes y Habitabilidad del JPL simularon la química de la Tierra primitiva y llevaron a cabo una reacción química clave involucrada en el metabolismo, el proceso que utilizan los organismos vivos para convertir combustible (como la luz solar o los alimentos) en energía. ¿Las primeras formas de vida de la Tierra crearon energía con las mismas reacciones químicas que utilizan los organismos vivos de hoy?

El primer paso para responder a esa pregunta es descubrir si esas reacciones fueron posibles en la Tierra primitiva. En los organismos vivos, tales reacciones tienen lugar sólo dentro de una membrana (como la pared protectora de una célula viva), lo cual es sólo una de las razones por las que sigue abierto el interrogante de si –y cómo– estas reacciones podrían haber ocurrido antes de que se formara la vida.

En el Laboratorio de Orígenes y Habitabilidad del JPL, los investigadores utilizan una cámara sellada para realizar experimentos sin oxígeno en un esfuerzo por replicar la química de la Tierra primitiva. De izquierda a derecha se muestran la codirectora del laboratorio, Laurie Barge, y las investigadoras Jessica Weber y Laura Rodríguez. Crédito: NASA/JPL-Caltech

El trabajo del laboratorio pertenece a una disciplina conocida como astrobiología: el estudio de los orígenes, evolución, distribución y futuro de la vida en el universo. Todos los hilos están unidos, por lo que tratar de comprender cómo se formó la vida en la Tierra también ayudaría a los científicos a buscar vida en otros lugares. De hecho, en otro estudio, el equipo del laboratorio examinó cómo comprender el origen de la vida en la Tierra también puede ayudar a los científicos a interpretar la apariencia de moléculas orgánicas (la base química de los seres vivos en la Tierra) que podrían encontrarse en otro planeta o luna.

Pero simular las condiciones que existían en la Tierra antes de que surgiera la vida no es una tarea fácil. Retroceder el reloj significa tener en cuenta cómo la vida ha transformado nuestro planeta.

Básicamente, no existe ningún lugar en la Tierra que no esté ocupado por alguna forma de vida. Los microorganismos se pueden encontrar en el fondo del océano, en géiseres calientes y en salas dedicadas a eliminar esos organismos.

Las formas de vida también han transformado la química de nuestro planeta. Uno de los mayores desafíos al intentar crear condiciones previas a la vida en el laboratorio es lidiar con la presencia de oxígeno. En gran medida ausente de la atmósfera de la Tierra antes de que surgiera la vida, ahora es omnipresente porque muchas formas de vida lo producen. Como resultado, todos los experimentos del laboratorio sobre el origen de la vida deben realizarse dentro de una caja hermética, con una esclusa de aire para meter o sacar objetos. Además de los tubos de ensayo que contienen sustancias químicas, cualquier instrumento utilizado para analizar esas sustancias químicas debe caber dentro de la caja, por lo que hay algunos experimentos que el equipo no puede realizar en este entorno.

Además, sólo una persona puede trabajar en la caja a la vez, poniéndose gruesos guantes de goma integrados en los lados del contenedor para mover cosas o utilizar el equipo. Los filtros (que requieren una limpieza regular) capturan los átomos de oxígeno perdidos. Incluso el agua tiene que pasar por un largo proceso para eliminar el oxígeno.

"La ciencia se trata de repetición", dijo la científica investigadora del JPL Laurie Barge, quien codirige el Laboratorio de Orígenes y Habitabilidad. "Queremos hacer experimentos una y otra vez, y eso es difícil de hacer cuando hay que pasar tanto tiempo asegurándose de que ni siquiera una pequeña cantidad de oxígeno haya entrado en el tubo de ensayo".

Barge y su equipo tardaron meses en demostrar que una reacción química implicada en el metabolismo moderno puede tener lugar en estas condiciones de la Tierra primitiva. Planean seguir intentando simular cada paso en el proceso metabólico y, en algún momento, pueden descubrir que una reacción particular sólo puede ocurrir dentro de una estructura protectora como una membrana. Eso podría ayudar a determinar cuándo las membranas se volvieron necesarias para el surgimiento de la vida: un vistazo al pasado.

Hay otra manera en que los científicos podrían aprender sobre la química que tuvo lugar, y potencialmente preparar el escenario, para la vida en la Tierra: estudiando un planeta o una luna con aproximadamente los mismos ingredientes crudos que se habrían encontrado en la Tierra primitiva. La ubicación podría ser una luna sin vida en nuestro propio sistema solar o un planeta alrededor de otra estrella. Luego, Barge y sus colegas podrían probar las ideas que están investigando en un entorno que no esté limitado al tamaño de una guantera.

"Sería muy interesante validar y comparar algunos de nuestros resultados de laboratorio con resultados de otro mundo", dijo Jessica Weber, científica investigadora del JPL en el Laboratorio de Orígenes y Habitabilidad que dirigió el trabajo sobre el metabolismo. "Encontrar un entorno como este nos ayudaría a recrear mejor la Tierra primitiva en nuestros experimentos de laboratorio, y eso nos acercaría a responder algunas de esas grandes preguntas sobre la vida en nuestro propio planeta y potencialmente en otros".

Referencias: “Determinación del “umbral de firma biológica” para la detección de vida en mundos bióticos, abióticos o prebióticos” por Laura M. Barge, Laura E. Rodriguez, Jessica M. Weber y Bethany P. Theiling, 13 de abril de 2022, Astrobiology.DOI: 10.1089/ast.2021.0079

“Prueba de reducción abiótica de NAD+ directamente mediada por minerales de hierro/azufre” por Jessica M. Weber, Bryana L. Henderson, Douglas E. LaRowe, Aaron D. Goldman, Scott M. Perl, Keith Billings y Laura M. Barge, 11 de enero 2022, Astrobiología.DOI: 10.1089/ast.2021.0035