Un equipo internacional de científicos diseña un catalizador de rutenio capaz de descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. El proceso es tan eficiente como el que se da de forma natural en las plantas. Los resultados de esta investigación representan un gran avance en la obtención de hidrógeno, un elemento que puede ser una alternativa a los combustibles fósiles.

Gota de agua agua. Imagen: JCarlosN

“Por primera vez somos capaces de realizar la reacción de oxidación de agua de manera tan rápida y eficiente como la propia naturaleza” explica a SINC Antoni Llobet, coautor de una investigación internacional publicada en la revista Nature Chemistry. Este descubrimiento puede tener implicaciones en el avance de las energías renovables.

La molécula creada por el investigador Llobet, del Instituto Catalán de Investigación Química, y sus colegas es un catalizador de rutenio. La velocidad a la que actúa este compuesto es equiparable al del Fotosistema II, la enzima que realiza esta reacción química en las plantas verdes.

La fotosíntesis de las plantas es capaz de producir hidrógeno y oxígeno a partir del agua y la luz solar. Reproducir artificialmente este proceso es de un gran interés para la comunidad científica, ya que, según afirma Llobet: “Abre la posibilidad de crear nuevas formas de obtención de energía limpia”. El hidrógeno se postula como alternativa sostenible a los combustibles fósiles, máximos responsables del efecto invernadero

Descomposición del agua

 La descomposición del agua en sus dos elementos constitucionales, hidrógeno y oxígeno, tiene lugar mediante dos reacciones químicas secuenciales. La primera es la oxidación de la molécula de agua. Este primer paso genera oxígeno y tiene un alto requerimiento energético. Después, le sigue una reacción que produce hidrógeno.

Una manera de disminuir la energía necesaria para que se produzca una reacción es la utilización de un catalizador. “Es una sustancia que permite aumentar la velocidad de una reacción sin que este, el catalizador, se consuma” cuenta Lobet.

“Hace ya más de diez años que trabajamos en este campo y somos uno de los grupos pioneros a nivel mundial en el tema –apunta Llobet–. Aunque uno nunca sabe nunca cuánto va a tardar en conseguir un determinado objetivo, nos sorprendió lograrlo en relativamente poco tiempo”.

Referencia bibliográfica:

Duan L.; Bozoglian F.; Mandal S.; Stewart B.; Privalov T.; Llobet A.; Sun L. “A molecular ruthenium catalyst with water-oxidation activity comparable to that of photosystem II”. Nature Chemistry. Marzo 2012. DOI: 10.1038/NCHEM.1301

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Un equipo internacional en el que ha participado el IAC descubre que las composiciones químicas de los planetas tipo terrestre pueden ser muy distintas a la de la Tierra.

En el trabajo se ha estudiado el sistema planetario gobernado por la estrella 55Cnc, en el que el planeta análogo a la Tierra, su gemelo, presenta una composición química muy distinta. //NASA

Poder determinar las abundancias químicas en la formación de sistemas planetarios constituye la clave para identificar los planetas con alguna posibilidad de que exista vida

Cada vez que se hace público el descubrimiento de algún planeta extrasolar similar a la Tierra, vuelve a aparecer la expectativa de la posibilidad de vida extraterrestre. Sin embargo, estos gemelos de la Tierra no siempre son tan parecidos al planeta azul. Un equipo internacional con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) ha descubierto que la estructura química de los planetas de tipo terrestre puede ser muy diferente de la composición básica de la Tierra, lo que tendría un gran impacto en la existencia y la formación de las biosferas.

Es decir, según el trabajo que acaba de publicar la revista The AstrophysicalJournal Letters en su versión digital y cuya edición impresa aparecerá el próximo 1 de marzo, no todos los planetas semejantes a la Tierra presentan las condiciones necesarias para que exista vida en ellos.

El investigador del IAC que dirige el proyecto, Garik Israelian, explica: “Probablemente hay miles de millones de planetas como la Tierra en el universo, pero una gran mayoría de ellos podrían tener una estructura interna y atmosférica completamente distintas. La formación de planetas en entornos químicos no solares, muy comunes en el universo, puede dar lugar a la formación de mundos extraños, ¡muy diferentes de la Tierra!”.

Estudiar las abundancias químicas en la fotosfera de las estrellas [superficie luminosa que las delimita, de la que viene la luz que vemos y de donde emana su radiación] constituye la clave para entender cómo y cuáles de las nubes protoplanetarias forman planetas o no. Estos estudios también sirven para investigar la composición y estructura tanto interna como atmosférica de los planetas extrasolares. Son importantes a su vez para elaborar modelos de formación y evolución planetaria.

Los elementos fundamentales para que aparezcan moléculas orgánicas y vida en un planeta son el carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno. Para la formación de un planeta como la Tierra también sería necesario contar con hierro, silicio y magnesio, además de azufre, calcio, etc. Por último, no hay que olvidar que para la generación de calor en el interior de la tierra son muy importantes los elementos radiactivos, como el uranio 235 y 238, el torio 232 y el potasio 40. Los elementos radiactivos son los más inestables de la tabla periódica y al desintegrarse producen calor.

Existen estudios teóricos que sugieren que las proporciones de carbono/oxígeno y magnesio/silicio son las más importantes para determinar la mineralogía de los planetas de tipo terrestre, dado que suministran una información valiosa sobre la composición de estos planetas. En este campo de investigación extremadamente joven, con muy pocos trabajos publicados, el equipo de Jade Carter-Bond, del Planetary Science Institute, realizó en 2010 las primeras simulaciones numéricas de formación de planetas que tenían en cuenta la composición química de la nube protoplanetaria.

Sistemas diferentes al del Sol

Desde el IAC, donde se proporcionan datos observacionales y se discuten los resultados de los modelos teóricos, el equipo encabezado por la investigadora Elisa Delgado Mena, del Centro de Astrofísica de la Universidad de Oporto, desarrolló el primer estudio uniforme detallado de las abundancias de carbono, oxígeno, magnesio y silicio en 61 estrellas con planetas y 270 estrellas sin planetas. En este trabajo se encontraron cocientes mineralógicos muy diferentes a los del Sol mostrando que hay una gran variedad de sistemas planetarios que no son similares a nuestro Sistema Solar. Muchas de las estrellas con planetas presentaban un valor de magnesio/silicio menor que 1, por lo que sus planetas tendrán un gran contenido extra de silicio.

“La cantidad de elementos radiactivos y algunos refractarios, especialmente el silicio, puede tener graves implicaciones para ciertos procesos planetarios como la tectónica de placas o la actividad volcánica”, señala Israelian. El magma rico en silicio es más viscoso, lo que haría las erupciones volcánicas más explosivas.

Las últimas simulaciones numéricas han mostrado una gran diversidad en las composiciones básicas de los planetas de tipo terrestre que podrían existir en los sistemas planetarios estudiados. Los planetas simulados en sistemas con un cociente magnesio/silicio menor que 1 resultaron ser deficientes en magnesio en comparación con la Tierra, con silicatos como piroxeno y varios feldespatos. Las abundancias de carbono de los planetas simulados también varían en concordancia con el valor de carbono/oxígeno de sus estrellas progenitoras.

Planetas donde no puede haber vida

Para Delgado Mena, “a la hora de buscar planetas habitables, sería muy útil un estudio previo de las abundancias químicas de los sistemas planetarios, ya que podríamos descartar ciertos tipos de planetas en los que la formación de vida sería muy improbable, como aquellos ricos en carbono, dominados por especies como dominados por especies como el grafito o los carburos de silicio o de titanio”. Los compuestos ricos en carbono son muy refractarios, lo que significa que solidifican a muy alta temperatura. Cuando el disco gaseoso protoplanetario alrededor de una estrella se está enfriando, estos elementos son los primeros en solidificar muy cerca de la estrella, donde es muy improbable que exista agua en forma de hielo (uno de los indicios de la vida), aunque no se puede descartar la adición de agua mediante cometas en fases más tardías.

Gracias a las simulaciones de sistemas planetarios, también se ha visto que los planetas más interiores, situados hasta una distancia de 0,5 unidades astronómicas (UA) de su estrella, [una unidad astronómica es aproximadamente igual a la distancia media entre la Tierra y el Sol] contienen una cantidad significativa de los elementos refractarios aluminio y calcio: un 47% de la masa planetaria. En cambio, los planetas que se forman más allá de 5 UA disminuyen progresivamente su cantidad de aluminio y calcio según se va incrementando la distancia.

Todos los planetas gemelos a la Tierra considerados en este trabajo tienen composiciones dominadas por el oxígeno, el hierro, el magnesio y el silicio, con la mayoría de estos elementos depositados en forma de silicatos o metales, como el hierro.

Otro de los miembros del equipo, el astrofísico del IAC Jonay González Hernández resume la labor del grupo en la actualidad: “Estamos trabajando para disminuir los errores en la determinación de abundancias y hacer que los resultados de los modelos teóricos y las simulaciones numéricas sean más fiables, pero todavía queda mucho trabajo por hacer”.

Para más información y entrevistas:

Garik Israelian. Instituto de Astrofísica de Canarias. (gil@iac.es) / 922 605258

Junto a los investigadores del IAC Garik Israelian, Elisa Delgado Mena (actualmente en Centro de Astrofísica de la Universidad de Oporto) y Jonay I. González Hernández, el equipo está compuesto por los investigadores del Planetary Science Institute Jade Carter-Bond y David O’Brien, en Tucson, Arizona (EEUU), y Nuno C. Santos, de la Universidad de Porto (Portugal).

Referencia del artículo: Carter-Bond, Jade C., O’Brien, David P., Delgado Mena, Elisa, Israelian, Garik; Santos, Nuno C., & González Hernández, Jonay I . /Low Mg/Si Planetary Host Stars and Their Mg-depleted Terrestrial Planets./*The Astrophysical Journal Letters*, 747, L2, 2012

Sitio web del proyecto: http://www.iac.es/proyecto/abuntest/

Nota de prensa publicada en la web del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

Un grupo de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) ha conseguido aislar y caracterizar un azúcar en fase gas por primera vez en la historia. Los azúcares tienen un enorme interés bioquímico debido a la importancia y diversidad de las funciones que desempeñan: sirven de almacenes de energía y son el combustible de varios sistemas biológicos; forman parte del ADN y del ácido ribonucleico (ARN) y además juegan un papel clave en los procesos celulares.

En la imagen, Francisco J. Basterretxea, Fernando Castaño, Emilio J. Cocinero y José Andrés Fernández. Sentada, Patricia Écija.

Recientemente el interés de los azúcares también se ha acrecentado en la cosmoquímica, más en concreto, en la búsqueda de material fundamental para el origen de la vida en el espacio interestelar. Hallar ese material fundamental ayudaría también a comprender cuál fue el mecanismo del origen de la vida en la Tierra.

Los azúcares más elementales, de 2 y 3 unidades de carbono, ya han sido encontrados en nubes y meteoritos. Sin embargo, no ha sido posible la detección de azúcares más complejos en el espacio debido a la ausencia de información precisa sobre su estructura. Y esa información la deben proporcionar los laboratorios de investigación.

Muchos eran los grupos en el mundo en la carrera por detectar el primer azúcar en fase gas utilizando técnicas en alta resolución. Los problemas surgían al intentar vaporizarlo debido a las inestabilidades térmicas provocadas por la pérdida de agua. “

Sólo si evitas los procesos de descomposición por deshidratación y consigues aislar el azúcar, sorteando así las alteraciones producidas por las moléculas vecinas, estarás en disposición de caracterizar su estructura”, explica Emilio José Cocinero, investigador del Departamento de Química Física de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea. Con su último estudio se han convertido en los primeros en el mundo que han logrado observar un azúcar, la ribosa, en fase gas, y caracterizar varias de sus estructuras.

Identificación de su estructura

“Los azúcares son moléculas super flexibles que pueden adoptar muchas y muy diferentes configuraciones. Nosotros hemos conseguido detectar las seis estructuras más estables de la ribosa libre”, explica el investigador. Sin embargo, todas las estructuras detectadas presentan ciclos de seis miembros, es decir, se trata de estructuras muy diferentes a las que presentan la ribosa o sus derivados en el ARN o en el ADN, donde aparece en ciclos de cinco miembros.

“Como el material genético tiene una configuración diferente, es poco probable que los primeros seres vivos contuvieran ribosa. La inestabilidad térmica y la preferencia por anillos de 6 miembros parecen excluir la posibilidad que los primeros materiales genéticos estuvieran formados por este azúcar”, concluye Emilio José Cocinero. Una vez abierta la puerta de como poder estudiar los azúcares en fase gas, será más “fácil” obtener información sobre el papel de los azúcares en los primeros seres vivos.

La investigación dirigida por Cocinero ha contado con la participación de Patricia Écija, Francisco José Basterretxea, José Andrés Fernández y Fernando Castaño, de la UPV/EHU, y la colaboración de Alberto Lesarri, de la Universidad de Valladolid, y de Jens-Uwe Grabow, de la Universidad de Hannover (Alemania) y ha sido realizada íntegramente con un equipo construido en la Universidad del País Vasco. En concreto, para observar la ribosa en fase gas han utilizado espectroscopía de microondas combinada con vaporización láser ultrarrápida con luz ultravioleta. No sólo la han aislado y observado, sino que también han detectado y caracterizado seis estructuras diferentes de la ribosa.

El artículo “Ribose Found in the Gas Phase”, que publica la revista Angewandte Chemie International Edition, ocupará la portada del número de abril y ha sido destacado en la versión on-line. Esta publicación tiene un índice de impacto del 12.730, lo que la convierte en la más importante en el área de Química.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Corte en sección transversal de las capas que constituyen el planeta Tierra. (Wikipedia)

Artículo publicado por Kate McAlpine el 19 de enero de 2012 en Science Now

Cuando se trata de la rotación de la Tierra, podrías pensar que los geofísicos lo tienen todo bastante calculado. Aún no. Para explicar algunas variaciones en la forma en que gira el planeta, el manto de la Tierra – la capa de roca caliente fundida que está entre la corteza y el núcleo – debe conducir la electricidad,una capacidad que no debería tener el manto que conocemos. Ahora, un nuevo estudio ha encontrado que el monóxido de hierro, que forma el 9% del manto, en realidad conduce la electricidad como un metal, pero sólo a las temperaturas y presiones encontradas bajo la superficie.

El giro de la Tierra no está exento de fallos. Los geofísicos han descubierto que el tiempo que necesita nuestro planeta para completar una rotación – la duración de un día -fluctúa ligeramente a lo largo de meses o años. También han observado una oscilación adicional predecible en el bamboleo del eje de rotación de la Tierra, como el balanceo de una peonza. Las variaciones están probablemente provocadas por el núcleo interno de hierro sólido, el núcleo exterior de metal líquido, y el manto rocoso, todos girando a velocidades ligeramente diferentes. La fricción les ayuda a alinearse, y el campo magnético del núcleo externo puede tirar del material del núcleo interior. Pero para encajar las observaciones, el núcleo debería también ejercer su tirón magnético sobre el manto, dice Bruce Buffett, experto en ciencias de la Tierra de la Universidad de California en Berkeley, que no estuvo implicado en el nuevo estudio. Esto significa que una capa del manto debe ser capaz de conducir la electricidad. Pero, comenta, “el origen de la capa metálica sigue siendo una cuestión abierta”.

El componente principal de la roca del manto, incluido el monóxido de hierro, no conduce la electricidad a las temperaturas y presiones que solemos tener aquí en la superficie. Pero la investigación en la década de 1980 sugería que las cosas podrían ser algo distintas en las profundidades: Una corriente eléctrica pasaba a través del material más fácilmente cuando se exponía a una onda de choque. La presión de la onda de choque comprimía la ordenación del hierro y el oxígeno en el monóxido de hierro, permitiendo que los electrones viajasen más libremente entre átomos.

Este trabajo picó la curiosidad de Kenji Ohta, que estudió materiales bajo condiciones extremas en la Universidad de Osaka en Japón. Para calcular si la presión podría convertir al monóxido de hierro en un conductor en el manto de la Tierra, Ohta y sus colegas calentaron un disco del material con un láser, y lo comprimieron en un yunque de diamante. A la vez, midieron lo bien que conducía la electricidad haciendo pasar una corriente a través del mismo mientras también monitorizaban la ordenación de sus átomos con rayos-X. Aproximadamente a 700 000 veces la presión de la atmósfera terrestre y a una temperatura de 1600 ºC, el equipo encontró que el monóxido de hierro conducía la electricidad igual de bien que un metal.

El monóxido de hierro había hecho la transición de no conductor a conductor, pero su estructura no había cambiado. En lugar de esto, había creado un nuevo tipo de transición, dice el geofísico Ronald Cohen de la Institución Carnegie para la Ciencia en Washington D.C., que lideró la simulación por computador del monóxido de hierro. El cambio depende de las propiedades magnéticas del material a altas temperaturas. En el monóxido de hierro no conductor, cada electrón potencialmente móvil está atrapado en un átomo de hierro. No pueden moverse fácilmente a través del cristal, pero pueden alinearse con los campos magnéticos como la aguja de una brújula – es decir, están en un estado magnético. A altas temperaturas y presiones, los electrones empiezan a fluctuar entre el estado magnético y el no magnético, en el cual ya no responden al campo magnético. Esto corta su ligadura con los átomos, y se mueven libremente como en un metal, según informa el equipo el 12 de enero en Physical Review Letters.

Cuando los investigadores elevaron la presión a 1,4 millones de atmósferas y la temperatura a 2200 ºC, condiciones comparables a las del interior de la Tierra, el monóxido de hierro seguía en una forma metálica. Luego predijeron la conductividad a 3430 ºC – la temperatura en el límite entre el manto y el núcleo – y encontraron que el monóxido de hierro permanecía como un respetable conductor.

Buffett señala que el 9% del monóxido de hierro del manto no es suficiente para garantizar que se forme una capa conectada. Estaría concentrado cerca del núcleo externo, formando posiblemente el 90% del material que hay allí. Buffett apunta que otros investigadores han propuesto reacciones químicas entre el manto y el núcleo que podría producir compuestos similares al monóxido de hierro. “Los impresionantes avances recientes tanto en experimentos como en teoría” podrían evaluar pronto la plausibilidad de una capa de monóxido de hierro, comenta.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en Science, su autora es Kate McAlpine.

ADN © by Mark Cummins

Artículo publicado el 19 de enero de 2012 en TUM
El origen de la vida se ve como la formación de las primeras biomoléculas, las cuales pueden estar sujetas a multiplicación y posterior desarrollo. Hasta ahora no estaba claro qué reacciones podrían haber disparado la evolución de este metabolismo original. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han revelado dichos mecanismos, mediante los cuales unas pocas biomoléculas pueden crear nuevos productos, al estilo de una avalancha que inicie un metabolismo autoexpansivo. “Chemistry – A European Journal“” publica ahora sus resultados.
Los canales de flujo volcánico-hidrotermal ofrecen un entorno químicamente único el cual, a primera vista, parece hostil a la vida. Se definen como grietas en la corteza de la Tierra, a través de las cuales fluye el agua, repletas de gases volcánicos que están en contacto con una diversidad de minerales. Y aun así – es precisamente este entorno extremo donde podrían haber surgido los dos mecanismos que son la raíz de la vida: La multiplicación de biomoléculas (reproducción) y el surgimiento de nuevas biomoléculas en base a otras biomoléculas anteriormente formadas (evolución).
En el inicio de esta concatenación de reacciones que llevó finalmente a la creación de formas celulares de vida, hay sólo unos pocos aminoácidos, los cuales se formaron a partir de gases volcánicos mediante catálisis mineral. Similar a una ficha de dominó que dispara toda una avalancha, estas primeras biomoléculas estimularon no sólo su propia síntesis posterior, sino también la producción de todo un nuevo grupo de biomoléculas. “De esta forma la vida se inicia por necesidad, de acuerdo con las leyes preestablecidas de la química y en una dirección predeterminada”, declara Günter Wächtershäuser, profesor honorario de bioquímica en la Universidad de Regensburg. Wächtershäuser desarrolló el mecanismo de un metabolismo autogenerador – teóricamente, por desgracia, ya que no hemos tenido hasta el momento una demostración experimental.
Ahora, científicos junto a Claudia Huber y Wolfgang Eisenreich, de la Cátedra de Bioquímica en el Departamento de Química de la TUM, en estrecha cooperación con Wächtershäuser, lograron demostrar experimentalmente por primera vez la posibilidad de tal mecanismo autoestimulador. Un catalizador que consta de compuestos de los metales de transición níquel, cobalto o hierro tiene el papel principal en estas reacciones. Proporciona no sólo la formación de las primeras biomoléculas, sino también inicia la concatenación de reacciones. La razón: Las biomoléculas recientemente formadas a partir de los gases volcánicos se unen al centro del catalizador del metal de transición para permitir posteriores reacciones químicas, generando unas biomoléculas completamente nuevas. “Este acoplamiento entre el catalizador y un producto de reacción orgánica es el primer paso”, explica Wächtershäuser. “La vida surge si posteriormente tiene lugar una cascada de acoplamientos, y esta vida primordial lleva finalmente a la formación del material genético y de las primeras células”.
Los científicos simularon en sus experimentos las condiciones de canales de flujo volcánico-hidrotermal, y establecieron un sistema acuoso-organometálico que produce todo un conjunto de biomoléculas diferentes, entre ellas los aminoácidos glicina y alanina. Aquí la fuente de carbono la proporciona un compuesto ciano y el agente reductor el monóxido de carbono. Los compuestos de níquel resultaron ser los catalizadores más efectivos en estos experimentos. Los científicos añadieron luego los productos glicina y alanina a otro sistema, que generó, de nuevo, dos nuevas biomoléculas. El resultado: Los dos aminoácidos incrementaron la productividad obtenida por el segundo sistema en un factor de cinco.
En futuros experimentos, los científicos intentarán recrear con mayor precisión las condiciones de los sistemas volcánicos-hidrotermales, donde podría haber surgido la vida hace miles de millones de años. “Para este propósito primero simulamos ciertas etapas en el desarrollo de un sistema de flujo volcánico-hidrotermal para determinar los parámetros esenciales”, explica Wächtershäuser. “Sólo a partir de entonces pudimos llegar a una construcción racional de un reactor de flujo”.
Los resultados de los científicos que trabajaron junto a Wächtershäuser y Eisenreich demuestran que es factible el origen y evolución de la vida en el agua caliente de los conductos de flujo volcánico. Los resultados revelan ventajas de la teoría en comparación con otras aproximaciones. En los conductos de flujo, la temperatura, presión y pH cambian a lo largo del camino del flujo y, de ese modo, se ofrece un espectro graduado de condiciones que es apropiado para todas las etapas, desde la evolución inicial a la formación del material genético (ARN/ADN).
La propiedad más importante del sistema es su autonomía: En oposición a la idea prebiótica fría, el primer metabolismo no fue dependiente de eventos accidentales o una acumulación de componentes esenciales a lo largo de miles de años. Tan pronto como cae la primera pieza del dominó, las otras la siguen de forma automática. El origen de la vida avanza a lo largo de trayectorias definidas, preestablecidas por las reglas de la química – un proceso determinado químicamente dando lugar al árbol de todas las formas de vida.
Este trabajo está patrocinado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (WA- 983/3, WA-983/4 y EI-384/3–1), Hans-Fischer Gesellschaft y Fonds der Chemischen Industrie.
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Artículos de Referencia:
Elements of metabolic evolution, C. Huber, F. Kraus, M. Hanzlik, W. Eisenreich, G. Wächtershäuser, Chemistry – A European Journal, publicación en línea avanzada: 13 Jan 2012 – DOI: 10.1002/chem.201102914

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en TUM.

Hasta el momento se creía que no más del 10% del agua terrestre tenía origen cometario. Ahora, nuevas mediciones de un objeto de la ‘familia de Júpiter’, una población de cometas acuosos del sistema solar, anulan esta restricción. Los datos se han obtenido con el telescopio Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Nuevas medidas del observatorio espacial Herschel muestran que hay cometas cuya agua tiene la misma proporción de deuterio e hidrógeno que los océanos terrestres. Imagen: NASA.

Nuevas observaciones de cometas de la ‘familia de Júpiter’ cuestionan la teoría predominante según la cual solo entre un 6% y un 10% del agua de los océanos proviene de los cometas. “Básicamente, más del 10%, o incluso todo el agua puede tener origen cometario”, explica a SINC Paul Hartogh, autor del trabajo e investigador del Instituto Max Planck para la Investigación del sistema solar (Alemania).

A finales de los años 50, surgió una teoría según la cual el agua de los océanos procedía de cometas que colisionaron con la Tierra, una vez esta se había enfriado y los materiales volátiles cercanos a la superficie ya no escapaban al espacio. Más tarde, en los 80, las observaciones del cometa Halley hicieron pensar a los astrónomos que la composición de los océanos era entre un 6% y un 10% de origen cometario, y el resto provenía de asteroides de carbono.

La huella del deuterio

Ahora, un grupo de investigadores, en el que se incluyen astrónomos del Centro Europeo de Astronomía Espacial de la ESA en Madrid, ha analizado por primera vez un cometa de otra población, la ‘familia de Júpiter’, y sus resultados han invalidado estas limitaciones en las proporciones de la mezcla del océano.

El indicador que ha permitido estudiar el origen del agua es el llamado ‘radio D/H’, una especie de ‘huella química’. D/H es la relación entre la cantidad de deuterio y de hidrógeno en un líquido. El deuterio es un isótopo estable del hidrógeno que no se crea en la naturaleza desde la nucleosíntesis primordial y su presencia da información acerca del origen y la historia geológica del fluido.

El valor de este cociente en el cometa Halley resultó muy superior al de los océanos, por tanto, los científicos concluyeron que solo una pequeña cantidad del agua marina provenía de estos cuerpos celestes. Para acercarse a la cifra medida en la Tierra, la gran mayoría tenía que proceder de otra fuente con un cociente similar al de los océanos: los asteroides de carbono.

Revelaciones de la ‘familia de Júpiter’

Hasta este momento, todas las mediciones se habían realizado en cometas procedentes de la nube de Oort (una esfera de cuerpos cometarios en los límites del sistema solar), como el Halley. En este estudio, por primera vez se ha analizado el indicador en cometas de diferente origen: el cinturón de Kuiper, un disco plano y frío de escombros estelares. El resultado ha variado. En este caso, el radio D/H sí coincide con el del mar.

El cometa 103/P Hartley 2, de la ‘familia de Júpiter’, pasó cerca del Sol en octubre de 2010. “Fue una gran oportunidad para observarlo con el telescopio Herschel, de la ESA, que posee el detector más sensible de agua extraterrestre”, explica Hartogh, director del equipo de investigación. “Hemos conseguido observaciones de alta calidad de agua semipesada y podemos determinar que el ratio D/H de este cometa es como el de los océanos terrestres”, continúa. Por tanto, “a partir de este descubrimiento la restricción de la máxima cantidad de agua cometaria en la Tierra ya no es válida”, concluye Hartogh.

De dónde vienen los cometas

Los cometas son cuerpos celestes formados por hielo y rocas que orbitan en torno al Sol siguiendo diferentes trayectorias. La principal diferencia con los asteroides es que los cometas poseen una característica cola. Esta se genera al volatilizarse los materiales del cometa en las cercanías del Sol.

Los cosmólogos establecen dos posibles orígenes diferenciados de los cometas en nuestro sistema solar: el cinturón de Kuiper, una región lejana del sistema solar formada mayoritariamente por cuerpos helados, y la nube de Oort. Los cometas de ciclo corto, con un periodo orbital inferior a 200 años, proceden generalmente del cinturón de Kuiper; mientras que los de ciclo largo, con periodos de miles de años, provienen de la nube de Oort.

La ‘Familia de Júpiter’ es un grupo de cometas de corto periodo, que se cree que formaron en el cinturón de Kuiper.

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Referencia bibliográfica

Paul Hartogh et al. “Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2”. Nature 478, 6 de octubre de 2011. Doi:10.1038.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Impresión artística de los primeros años de la vida en la Tierra. Crédito: Peter Sawyer / Smithsonian Institution

Artículo publicado por Clara Moskowitz el 18 de agosto de 2011 en SPACE.com

Toda la vida de la Tierra se basa en un conjunto estándar de 20 moléculas, llamadas aminoácidos, para construir las proteínas que llevan a cabo las acciones esenciales de la vida. Pero, ¿tiene que ser así?

Todas las criaturas vivas de este planeta usan los mismos 20 aminoácidos, a pesar de que hay cientos disponibles en la naturaleza. Por tanto, los científicos se han preguntado si la vida podría haber surgido sobre la base de un conjunto diferente de aminoácidos.

Y es más, ¿podría existir la vida en otros lugares, utilizando un conjunto alternativo de bloques básicos?

“La vida ha estado utilizando un conjunto estándar de 20 aminoácidos para construir proteínas desde hace más de 3 mil millones de años”, dijo Stephen J. Freeland del Instituto de Astrobiología de la NASA en la Universidad de Hawái. “Cada vez está más claro que muchos otros aminoácidos fueron posibles candidatos, y aunque ha habido especulaciones, e incluso suposiciones, sobre qué creaba la vida, se ha avanzado muy poco en el camino de las hipótesis comprobables”.

Así Freeland y su colega de la Universidad de Hawái Gayle Philip K. idearon una prueba para tratar de saber si los 20 aminoácidos de la vida en la Tierra fueron escogidos al azar, o si eran los únicos posibles que podrían haber hecho el trabajo.

Los aminoácidos son moléculas formadas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Se unen en formas y patrones concretos para formar moléculas más grandes denominadas proteínas que realizan funciones biológicas.

“Técnicamente hay una infinita variedad de aminoácidos”, dijo Freeland a Astrobiology Magazine. “Dentro de ese infinito que hay muchos más de los 20 que estaban disponibles [cuando se originó la vida en la Tierra] en la medida de lo que podemos decir”.

Poniendo a prueba las posibilidades

Los investigadores definieron un conjunto probable de aminoácidos candidatos del que la vida tomó 20. Comenzaron con los aminoácidos que se han descubierto en el meteorito Murchison, una roca espacial que cayó en Murchison, Victoria, en Australia en septiembre de 1969.

La roca se cree que data de los inicios del Sistema Solar, y que representa una muestra de los compuestos existentes en el Sistema Solar y en la Tierra antes de que comenzara la vida.

Entonces, los científicos utilizaron computadoras para calcular las propiedades fundamentales de los 20 aminoácidos usados por la vida, tales como el tamaño, la carga y la hidrofilia, o el grado en que las moléculas se ven atraídas por el agua.

“Sabemos que éstas tres son importantes para la forma en que se construyen las proteínas”, dijo Freeland.

Freeland y Philip analizaron si estas propiedades se podrían haber logrado con la misma cobertura y eficiencia con otras combinaciones de 20 aminoácidos. Los investigadores descubrieron que la vida, aparentemente, no eligió sus 20 bloques al azar.

“Hallamos que sería muy poco probable que sólo el azar escogiera un conjunto de aminoácidos que superase a la elección de la vida”, dijo Freeland.

Selección natural

De hecho, los investigadores piensan que la vida primitiva en la Tierra probablemente usó una versión de la selección natural para elegir estos aminoácidos. Probablemente se intentaron algunas combinaciones de otros aminoácidos, pero ninguna demostró encajar tan bien, por lo que ninguna otra combinación terminó produciendo una progenie tan exitosa como la lograda por el conjunto existente.

“Aquí nos encontramos con una prueba muy sencilla que empieza a mostrarnos que la vida sabía exactamente lo que estaba haciendo”, dijo Freeland. “Esto es consistente con la idea de que la selección natural estaba en marcha”.

Abordar la pregunta de por qué la naturaleza escogió los 20 aminoácidos es experimentalmente difícil, dijo Aaron Burton, Miembro del Programa Posdoctoral de NASA que trabaja como astroquímico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

“A pesar de que una serie de experimentos han demostrado que los aminoácidos no naturales pueden incorporarse al alfabeto genético de los organismos, puede que nunca sea posible simular experimentalmente suficientes periodos de tiempo evolutivo para comparar realmente alfabetos de aminoácidos alternativos”, dijo Burton, quien no participó en el nuevo estudio. “Como resultado, estudios como los presentados por Philip y Freeland ofrecen perspectivas interesantes y proporcionan un marco de trabajo para la formulación de hipótesis que pueden ponerse a prueba realmente en el laboratorio”.

Aminoácidos en meteoritos

En este momento la carrera se centra en encontrar directamente aminoácidos en el resto del sistema solar. Algunas pistas de su abundancia se han encontrado en los meteoritos que han caído en la Tierra desde el espacio exterior, así como en misiones, tales como la sonda Stardust de la NASA, que tomó muestras de la coma del cometa Wild 2 en 2004.

“Todo parece indicar que se van a encontrar aminoácidos en toda la galaxia”, dijo Freeland. “Aparentemente, son los bloques de construcción obvios con los que crear la vida. Lo que hemos encontrado apunta a un cierto nivel de previsibilidad sobre cómo sucedieron las cosas”.

La cuestión de la caja de herramientas de aminoácidos de la vida es interesante no sólo para tratar de rastrear el origen de la vida en la Tierra, sino en preguntarse si existe vida en otros planetas, y si es así, la forma que adopte. Los científicos sienten una especial curiosidad sobre cómo un distinto conjunto de bloques básicos de aminoácidos daría lugar a diferentes características de la vida que crea.

“Ésta es la pregunta más importante de todas”, dijo Freeland. “Estamos tratando de encontrar una manera de preguntar, si se cambia el conjunto de los aminoácidos con los que estamos construyendo, ¿qué efecto tiene en las proteínas que se pueden crear? Lo más interesante, es que nadie lo sabe”.

Philip y Freeland informaron de sus hallazgos en un artículo publicado el 19 de abril número de la revista Astrobiology.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en SPACE. com, su autora es Clara Moskowitz.

Retrato de Antoine Lavoisier y su mujer. Jacques-Louis David,(1788)

A Antoine Lavoisier (1743-1794) se le considera el padre de la química moderna, descubridor del oxigeno (al que le puso el nombre) y de la combustión, así como de la respiración. Pero Lavoisier hizo muchas mas cosas, lo que sigue es una exhaustiva lista de proyectos en los que estuvo involucrado según cuenta Douglas McKie en la biografía que le dedicó.

“Tomó parte en la elaboración de informes acerca del suministro de agua en París, de las prisiones, el hipnotismo, la adulteración de la sidra, la ubicación de los mataderos públicos, las recién inventadas “maquinas aerostáticas de Montgolfier” (globos), la decoloración química, las tablas de gravedad especifica, los hidrómetros, la teoría de los colores, las lámparas, los meteoritos, las chimeneas sin humo, la fabricación de tapices, el grabado de escudos de armas, el papel, los fósiles, una silla de invalido, unos fuelles accionados con agua, el tártaro, las fuentes sulfurosas, el cultivo de las semillas de col y de colza y los aceites que se extraían de ellas, un rallador de tabaco, el trabajo en las minas de carbón, la sopa blanca, la descomposición del nitrato potásico, la fabricación del almidón…el almacenamiento del agua fresca en los barcos, el aire fijo, la aparición del petróleo en un manantial de agua…la eliminación del aceite y la grasa de las sedas y las lanas, la preparación de éter nitroso por destilación, los éteres, una chimenea de reverberación, una tinta y un tintero nuevos a los que solo hay que añadir agua para mantener la provisión de tinta…la estimación de álcali en las aguas minerales, un polvorín para el arsenal de París, la mineralogía de los Pirineos, el trigo y la harina, los pozos negros y el aire que surgía de ellos, la supuesta existencia de oro en las cenizas de las plantas, el ácido arsénico, la separación del oro y de la plata, la base de la sal de la Higuera, el devanado de la seda, la solución de estaño utilizado en tinción, los volcanes, la putrefacción, los líquidos que apagaban el fuego, las aleaciones, la oxidación del hierro, una propuesta para utilizar “aire inflamable” en las exhibiciones publicas de fuegos artificiales (esto a petición de la policía), medidas para medir el carbón, el ácido marino deflogistizado (cloro), mechas de lámparas, la historia natural de Córcega, las emanaciones pestilentes de los pozos de París, la supuesta disolución del oro en ácido nítrico, las propiedades hidrométricas de la sosa, las minas de hierro y sal de los Pirineos, las minas argentíferas y de plomo, un nuevo tipo de tonel, la fabricación de cristales, los combustibles, la transformación de turba en carbón, la construcción de molinos de maíz, la fabricación del azúcar, los efectos extraordinarios de un rayo, el proceso para ablandar el lino, los depósitos minerales de Francia, los recipientes de cocina metalizados, la composición del agua, la acuñación de monedas, los barómetros, la respiración de los insectos, la nutrición de los vegetales, la proporción de los componentes en los compuestos químicos, la vegetación y muchos otros temas, demasiados para ser descritos aquí, ni de manera muy sumaria”.

En 1789 publicó los Elementos un libro revolucionario que tuvo sus detractores pero que es tan fundamental y de concepción tan novedosa como los Principia de Newton. Desgraciadamente, en 1794 fue llevado a juicio y el 8 de mayo guillotinado cuando estaba en el culmen de su carrera. Lagrange, el gran matemático y amigo suyo dijo al respecto: “Se tardó solo un momento en cortarle la cabeza, y quizá no basten cien años para que surja otra igual”.

Fuentes: El tío Tungsteno. Oliver Sacks, Anagrama 2007 y Wikipedia.

Aprovecho la ocasión para recomendaros el excelente número de Temas nº 64 de Investigación y Ciencia dedicado a Lavoisier.

El ritmo del 61º Lindau Nobel Laureate Meeting no da tregua, pero SINC ha podido compartir un café con sir Harold W. Kroto, uno de los ponentes en este encuentro de titanes de la ciencia. Además, los asistentes han disfrutado de una mesa redonda entre varios premiados sobre el futuro de la biomedicina.

El químico Harold Kroto, laureado por la Academia Sueca, está preocupado por la formación científica y artística de los jóvenes. Imagen: SINC

Bajo el sol de Lindau, en Alemania, y rodeados de sus mayores ‘fans’, los Nobel brillan como figuras mediáticas. Esta mañana los invitados al encuentro de premios Nobel y jóvenes investigadores madrugaban para asistir a la primera conferencia, la de Peter Agre (Química, 2003). El laureado comenzaba su charla después de haber dejado claro anoche, en la calurosa fiesta de bienvenida, que también es el rey de la pista de baile.

Pero para sorpresa de los asistentes, quien se ha llevado más aplausos -durante tres minutos seguidos- ha sido Harold W. Kroto, Nobel en 1996 en la misma disciplina por el descubrimiento de los fulerenos, formas muy estables del carbono que han acaparado la atención de muchos investigadores por sus posibles aplicaciones en nuevos materiales y farmacología.

La ponencia de Kroto, titulada Creatividad sin fronteras, ha entusiasmado al auditorio de investigadores. El químico se ha centrado en la importancia de la educación como base para la creatividad y ha explicado que de niño él nunca quiso ser científico, sino superhéroe. Incluso ha mostrado fotografías de su infancia en las que emulaba a su ídolo fantástico.

Poseedor de una gran sensibilidad artística, el investigador ha defendido la integración de las dos culturas. “El arte y la ciencia forman parte de nuestras vidas. De hecho, la creatividad en la ciencia requiere de habilidades artísticas. Para ser una persona plenamente desarrollada hay que tener una educación equilibrada”.

Sin embargo, el Nobel no parecía muy interesado en todo lo relacionado con el galardón. De hecho, ha confesado que se enteró de su premio por internet. “Nunca he estado muy preocupado al respecto, pero uno de mis colegas me dijo que deberíamos ver quién había ganado, así que lo miramos en la web”.

Una profesión “sobrevalorada”

Además, al preguntarle por ello, Kroto no recomienda a todos los científicos que entren en la carrera por el galardón. “Supone una gran responsabilidad. La gente puede pensar que si has ganado un Nobel eres muy listo, pero en realidad no se necesita ser un genio, apenas un buen investigador. Creo que es una profesión sobrevalorada”, subraya.

“Para mí, lo mejor de haber ganado es que puedo venir aquí y dirigirme a los investigadores más principiantes que quieren oír lo que tengo que decir. Es muy esperanzador. Todo lo que he contado, incluso de manera humorística, es muy profundo para mí. Estoy muy preocupado por el futuro de la gente joven”, concluye.

Los vítores a Kroto han dado paso a las charlas magistrales de Ei-ichi Negishi (Nobel de Química 2010), Werber Arber (Medicina 1978), y Jean-Marie Lehn (Química 1987). Después, varios laureados han tomado el escenario para hablar sobre la medicina del siglo XXI.

Peter Agre, sir Martin J. Evans, Ferid Murad y Aaron Ciechanover, junto con los investigadores Hans Jörnvall y Helmut Sies, del Instituto Karolinska de Estocolmo y de la Universidad de Düsseldorf (Alemania), respectivamente, han intentado poner en común los problemas de la medicina y sus posibles soluciones. Finalmente no han llegado a una conclusión clara, pero sí han coincidido en que la medicina del siglo XXI estará regida por las cuatro P: será personalizada, predictiva, preventiva y participativa.

Tras la mesa redonda y la comida junto al lago Constanza, por la tarde los asistentes han vuelto manos a la obra para charlar en las discusiones paralelas y en la clase magistral impartida por Ciechanover (Química 2004), a las que la prensa no puede asistir para evitar que los estudiantes se sientan cohibidos ante las grabadoras y cámaras de los periodistas.

La jornada de convivencia entre investigadores acabará esta noche con la cena Grill & Chill, que pretende servir como nexo de conexión de las diferentes culturas que esta semana alberga Lindau. Pero la reunión continúa: las calles esta pequeña población alemana siguen llenas de ‘estrellas’ científicas.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Que bien me lo pasé ayer por la noche viendo el magnífico segundo capítulo de la serie de la BBC Wonders of the Universe presentado por el profesor Brian Cox (@ProfBrianCox) con el titulo de Stardust (Polvo de estrellas), un título que es, en mi opinión, un homenaje al genial Carl Sagan y a su cita “Somos polvo de estrellas”.

Stardust nos habla de que toda la materia que hay en la Tierra, en el sistema solar, en sus planetas y en el Sol, en la Vía Láctea y en todo lo que vemos del universo observable hasta sus lejanos confines esta formado por 92 elementos. Todos ellos menos el hidrógeno han sido creados en el interior de las estrellas, en los inmensos y super calientes hornos de fusión que hay en su núcleo. Todos los elementos que componen  nuestro cuerpo, todos los seres vivos y los materiales de la propia Tierra provienen de antiguas estrellas que han agotado su combustible.

Los de la página DocuCiencia han colgado en Youtube el segundo capítulo dividido en cuatro partes y subtitulado al español. No os la perdáis porque vale mucho la pena y es posible que en breve la BBC intervenga para que desparezca. Os pongo las cuatro partes y os recomiendo que las veáis en HD pues la filmación y los gráficos son de muy alta calidad.