¿Carabinas en el espacio? Un nuevo descubrimiento puede explicar los orígenes cósmicos de la vida

Los químicos han desarrollado un método para crear carbenos a partir de metanol, mejorando nuestra comprensión de la formación molecular crucial para la vida.

Un equipo de químicos dirigido por la Universidad de Maryland ha desarrollado un nuevo método para crear carbenos, una clase de moléculas altamente reactivas pero notablemente inestables y de vida corta. Los carbenos participan en muchas reacciones químicas de alta energía, como la creación de carbohidratos, y son precursores cruciales de los componentes básicos de la vida en la Tierra y posiblemente en el espacio.

En su estudio, publicado en el Revista de la Sociedad Química EstadounidenseLos científicos han formado con éxito un carbeno llamado hidroximetileno (HCOH) al descomponer el metanol (un alcohol común que se encuentra en muchos productos químicos industriales como el formaldehído) con pulsos de radiación ultravioleta.

«Es sorprendente ver que este carbeno proviene de una molécula común como el metanol; tenemos botellas con atomizador en laboratorios de todas partes», dijo Leah Dodson, profesora asistente de Química y Bioquímica en la UMD y autora principal del estudio. “Los láseres UV de longitud de onda de 193 nanómetros también son bastante estándar. Esto significa que los carbenos pueden formarse naturalmente en lugares como el espacio, donde hay mucho metanol y radiación ultravioleta. Y otras reacciones de los carbenos formados en el espacio a través de este proceso pueden conducir a biomoléculas que formen vida».

Implicaciones para la astroquímica y la vida

Estos hallazgos arrojan luz sobre los mecanismos detrás de la formación y reacción de los carbenos en la Tierra, lo que lleva a una mejor comprensión del potencial de la molécula para crear azúcares necesarios para la vida.

«Existen investigaciones establecidas que sugieren que el HCOH puede reaccionar para formar azúcares simples, incluidos algunos descubiertos previamente en el espacio», dijo la autora principal del estudio, Emily Hockey (Ph.D. ’24, química). «Creemos que es posible que este carbeno, dado que proviene de una molécula que es tan ubicua en el espacio y se puede encontrar en todas partes, sea la pieza faltante que conecta las lagunas en nuestro conocimiento sobre cómo el metanol y los azúcares simples pueden conducir a procesos más grandes y biomoléculas más avanzadas. «

Hallazgos sorprendentes sobre la reactividad del carbeno

Debido a su superreactividad, las moléculas de carbeno suelen tener una vida útil muy corta. Estas características hacen que los carbenos sean generalmente difíciles de generar y observar para los científicos, y dificultan la capacidad de comprender la molécula. Sin embargo, el nuevo método del equipo de la UMD para producir carbenos les permitió estudiar las moléculas lo suficientemente de cerca como para ver su formación y descomposición en escalas de tiempo de milisegundos. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que el HCOH reaccionaba relativamente lentamente con el oxígeno a temperatura ambiente.

«Cuando observamos la reactividad del HCOH en nuestro sistema a temperatura ambiente, vimos que decaía en 15 milisegundos», explicó Hockey. «Lo interesante es que, como se cree que los carbenos son superreactivos, especiesEs razonable suponer que este carbono reacciona tan rápidamente con algo como el oxígeno que es imposible encenderlo. Pero eso no es lo que pasó. Aunque el carbón se descomponía cada vez más rápido cuando se exponía al oxígeno, era lo suficientemente lento como para que aún pudiéramos observar esa descomposición».

Direcciones e impacto de la investigación futura

Los investigadores creen que su método de producir y estudiar carbenos ayudará a los astrónomos y astroquímicos a obtener nuevos conocimientos sobre los orígenes de la vida y cómo la vida en el espacio puede haber evolucionado de manera diferente a la vida en la Tierra. Esperan aprovechar sus hallazgos observando más de cerca lo que sucede durante la descomposición del metanol y cuantificando los diferentes productos que resultan de la reacción del metanol a la luz ultravioleta.

«Sabemos que durante nuestro proceso se forman carbenos como el HCOH, pero nos gustaría profundizar en qué porcentaje termina como formaldehído, metileno u otros radicales hidrocarbonados, por ejemplo», explicó Hockey. «Originalmente pensamos que todos los productos serían radicales metóxido, pero nuestros experimentos muestran que el proceso y los productos resultantes son más complicados que nuestras suposiciones originales».

Conocer los tipos y la cantidad de productos creados por la descomposición del metanol con radiación ultravioleta proporciona a los astrónomos y astroquímicos una visión más precisa de los objetos astrofísicos y de cómo han evolucionado a lo largo de miles de millones de años.

«Si los datos existentes sobre lo que se produce mediante la fotodisociación del metanol son incorrectos, entonces los modelos que se propagan también serán incorrectos y nuestra comprensión de cómo evolucionó la vida a partir de estas moléculas también puede verse comprometida», afirmó Dodson. «Esperamos que nuestro trabajo de seguimiento siente las bases para ese tipo de simulaciones».

Referencia: «Observación directa del hidroximetileno en fase gaseosa: fotoionización y cinética resultantes de la fotodisociación del metanol» por Emily K. Hockey, Nathan McLane, Carles Martí, LeAnh Duckett, David L. Osborn y Leah G. Dodson, 14 de mayo de 2024, Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

Esta investigación fue apoyada por el Fondo de Investigación del Petróleo de la Sociedad Química Estadounidense y el Departamento de Energía de EE. UU. a través de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (Contrato No. DE-NA0003525). Esta investigación utilizó recursos de Advanced Light Source, que es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. (Contrato n.° DE-AC02-05CH11231). Esta historia no refleja necesariamente las opiniones de estas organizaciones.