Una simulación ayuda a comprender la aparición de la vida a partir de materia inerte

¿Cómo es posible que un organismo complejo se desarrolle a partir de materia inerte? ¿Cómo pueden los materiales sin vida convertirse en moléculas orgánicas que son los “ladrillos” de animales y plantas?

Durante años, los científicos han intentado responder a esta cuestión, Ahora, investigadores del Max Planck Institut für Kohlenforschung de Alemania han revelado el secreto de una reacción que tiene que ver con la síntesis de la materia orgánica compleja, antes de que se produzca la vida.

Desde la década de 1960, se ha sabido que cuando el cianuro de hidrógeno (HCN) es irradiado por radiación ultravioleta, se forma el imidazol que es un intermediario clave para la síntesis de bases nitrogenadas‎ (compuestos orgánicos cíclicos que incluyen dos o más átomos de hidrógeno) y de nucleótidos (moléculas orgánicas formadas por la unión de un monosacárido , una base nitrogenada y un grupo fosfato) en medio abiótico, esto es, en un medio compuesto por factores no vivientes.

El papel de esta radiación ultravioleta en la reacción que da lugar a materia orgánica compleja, sin embargo, nunca había sido del todo aclarado.

Una simulación informática da la clave

Mario Barbatti y sus colaboradores de Alemania, la India y la República Checa han demostrado ahora cómo se da este proceso, a través de simulaciones informáticas.

Utilizando diversos métodos de química computacional‎ (rama de la química que utiliza computadores para ayudar a resolver problemas químicos), el equipo alcanzó sorprendentes conclusiones: por ejemplo, que dicha reacción no tiene lugar en el punto caliente creado por la radiación solar; sino que transcurre a través de una serie de intermediarios electrónicamente excitados.

Según explica Barbatti en un comunicado del Instituto Max Planck, el proceso, por tanto “no tiene nada que ver con el calor, sino con los electrones".

Y sería más o menos así: la radiación ultravioleta haría que las moléculas entrasen en un “estado electrónico excitado”, lo que quiere decir que sus electrones se distribuirían de manera muy distinta a la habitual. Este cambio en la distribución electrónica provocaría cambios moleculares.

“Aunque lleva su tiempo”, afirma Barbatti. Las razones, según han demostrado los científicos: que la energía de radiación se disipa demasiado rápido y que cada molécula ha de absorber cientos de fotones de luz ultravioleta hasta convertirse en el intermediario imidazol.

Un proceso ineficiente y extraordinario

Por tanto, el proceso sería “muy ineficiente, y bastante extraordinario", afirma el científico. Por eso ha resultado todo un reto comprenderlo.

En sus análisis, los investigadores calcularon muchos posibles intermediarios, los probaron, y acabaron desechando la mayoría de ellos. Finalmente descubrieron que sólo hay una vía coherente con la disipación de energía rápida y observaciones experimentales anteriores.

Todo ello se hizo por ordenador. ¿Por qué razón, si las reacciones químicas pueden reproducirse en laboratorio? Barbatti explica que “algunos intermediarios son demasiado escurridizos como para analizarlos en laboratorio, y desaparecen antes de que puedan ser vistos”.

La química computacional, en cambio, permite a los científicos entender las reacciones desde el punto de vista teórico. Los resultados obtenidos en el presente estudio han aparecido publicados en Angewandte Chemie International.

Referencia bibliográfica:

Eliot Boulanger, Anakuthil Anoop, Dana Nachtigallova, Walter Thiel, Mario Barbatti. Photochemical Steps in the Prebiotic Synthesis of Purine Precursors from HCN. Angewandte Chemie International Edition (2013). DOI:10.1002/anie.201303246.