Un nuevo estudio postula que los primeros componentes básicos de la vida en la Tierra, a saber,[{» attribute=»»>amino acids and carboxylic acids, may have been formed due to solar eruptions. The research suggests that energetic particles from the sun during its early stages, colliding with Earth’s primitive atmosphere, could have efficiently catalyzed essential chemical reactions, thus challenging the traditional “warm little pond” theory.

The first building blocks of life on Earth may have formed thanks to eruptions from our Sun, a new study finds.

A series of chemical experiments show how solar particles, colliding with gases in Earth’s early atmosphere, can form amino acids and carboxylic acids, the basic building blocks of proteins and organic life. The findings were published in the journal Life.

To understand the origins of life, many scientists try to explain how amino acids, the raw materials from which proteins and all cellular life, were formed. The best-known proposal originated in the late 1800s as scientists speculated that life might have begun in a “warm little pond”: A soup of chemicals, energized by lightning, heat, and other energy sources, that could mix together in concentrated amounts to form organic molecules.

Artist’s concept of Early Earth. Credit: NASA

In 1953, Stanley Miller of the University of Chicago tried to recreate these primordial conditions in the lab. Miller filled a closed chamber with methane, ammonia, water, and molecular hydrogen – gases thought to be prevalent in Earth’s early atmosphere – and repeatedly ignited an electrical spark to simulate lightning. A week later, Miller and his graduate advisor Harold Urey analyzed the chamber’s contents and found that 20 different amino acids had formed.

“That was a big revelation,” said Vladimir Airapetian, a stellar astrophysicist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and coauthor of the new paper. “From the basic components of early Earth’s atmosphere, you can synthesize these complex organic molecules.”

But the last 70 years have complicated this interpretation. Scientists now believe ammonia (NH3) and methane (CH4) were far less abundant; instead, Earth’s air was filled with carbon dioxide (CO2) and molecular nitrogen (N2), which require more energy to break down. These gases can still yield amino acids, but in greatly reduced quantities.

Seeking alternative energy sources, some scientists pointed to shockwaves from incoming meteors. Others cited solar ultraviolet radiation. Airapetian, using data from NASA’s Kepler mission, pointed to a new idea: energetic particles from our Sun.

Kepler observed far-off stars at different stages in their lifecycle, but its data provides hints about our Sun’s past. In 2016, Airapetian published a study suggesting that during Earth’s first 100 million years, the Sun was about 30% dimmer. But solar “superflares” – powerful eruptions we only see once every 100 years or so today – would have erupted once every 3-10 days. These superflares launch near-light speed particles that would regularly collide with our atmosphere, kickstarting chemical reactions.

La energía de nuestro joven Sol, hace 4 mil millones de años, ayudó a crear moléculas en la atmósfera de la Tierra que permitieron que se calentara lo suficiente como para incubar vida. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Genna Duberstein

“Tan pronto como publiqué este artículo, el equipo de la Universidad Nacional de Yokohama en Japón se puso en contacto conmigo”, dijo Airapetian.

El Dr. Kobayashi, profesor de química allí, pasó los últimos 30 años estudiando química prebiótica. Estaba tratando de descubrir cómo los rayos cósmicos galácticos, partículas de fuera de nuestro sistema solar, podrían haber afectado la atmósfera de la Tierra primitiva. “La mayoría de los investigadores ignoran los rayos cósmicos galácticos porque requieren equipo especializado, como aceleradores de partículas”, dijo Kobayashi. “Tuve la suerte de tener acceso a varios de ellos cerca de nuestras instalaciones. Ajustes menores a la configuración experimental de Kobayashi podrían poner a prueba las ideas de Airapetian.

Airapetian, Kobayashi y sus colaboradores crearon una mezcla de gases correspondiente a la atmósfera de la Tierra primitiva tal como la entendemos hoy. Combinaron dióxido de carbono, nitrógeno molecular, agua y cantidades variables de metano. (La proporción de metano en la atmósfera primitiva de la Tierra es incierta, pero se cree que es baja). Dispararon las mezclas de gases con protones (simulando partículas solares) o las encendieron con descargas de chispas (simulando relámpagos), replicando el experimento de Miller-Urey para comparar. .

Siempre que la proporción de metano fuera superior al 0,5%, las mezclas proyectadas por los protones (partículas solares) producían cantidades detectables de aminoácidos y ácidos carboxílicos. Pero las descargas de chispas (rayos) requerían una concentración de alrededor del 15% de metano antes de la formación de aminoácidos.

«E incluso con un 15% de metano, la tasa de producción de aminoácidos por un rayo es un millón de veces menor que la de los protones», agregó Airapetian. Los protones también tendían a producir más ácidos carboxílicos (un precursor de los aminoácidos) que los encendidos por descargas de chispas.

Un primer plano de una erupción solar, que incluye una erupción solar, una eyección de masa coronal y un evento de partículas energéticas solares. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

En igualdad de condiciones, las partículas solares parecen ser una fuente de energía más eficiente que los rayos. Pero todo lo demás probablemente no era igual, sugirió Airapetian. Miller y Urey especularon que los rayos eran tan comunes durante la era del «pequeño estanque caliente» como lo son hoy. Pero los relámpagos, que provienen de las nubes de tormenta formadas por el aire cálido ascendente, habrían sido más raros bajo un Sol un 30% más débil.

«En climas fríos, nunca hay relámpagos, y la Tierra primitiva estaba bajo un sol bastante débil», dijo Airapetian. «Eso no quiere decir que no pueda ser por un rayo, pero los rayos parecen menos probables ahora, y las partículas solares parecen más probables».

Estos experimentos sugieren que nuestro joven Sol activo podría haber catalizado los precursores de la vida más fácilmente, y posiblemente antes, de lo que se pensaba.

Referencia: «Formación de aminoácidos y ácidos carboxílicos en atmósferas planetarias débilmente reductoras por partículas de energía solar del sol joven» por Kensei Kobayashi Jun-ichi Ise, Ryohei Aoki, Miei Kinoshita, Koki Naito, Takumi Udo, Bhagawati Kunwar, Jun-ichi Takahashi, Hiromi Shibata, Hajime Mita, Hitoshi Fukuda, Yoshiyuki Oguri, Kimitaka Kawamura, Yoko Kebukawa y Vladimir S. Airapetian, 28 de abril de 2023, Vida.
DOI: 10.3390/vida13051103