En una de sus citas más conocidas, Carl Sagan afirmó que “estamos hechos de material de estrellas”.  En efecto, desde “el nitrógeno que encontramos en nuestro ADN” hasta “el hierro presente en nuestra sangre”, procede de las estrellas. Sin embargo, el proceso por el cuál estos elementos se unieron para formar las primeras biomoléculas y estas, a su vez, el primer ente vivo, sigue siendo un misterio.

El proceso del origen de la vida viene caracterizado por saltos o transiciones hacia sistemas químicos cada vez más complejos. La química prebiótica es la rama de la Química que intenta explicar cómo ocurrieron estos primeros pasos hacia la complejidad en ambientes acuosos en una Tierra primitiva. En los últimos años, este campo de la Astrobiología ha experimentado un gran avance. 
 

Secuencia evolutiva de cómo se piensa que las primeras moléculas precursoras de biomoléculas formaron los primeros sistemas replicativos, metabólicos y membranas. Créditos: Extraído de Ruiz-Mirazo et al. Chem. Rev. 2014, 114, 285
 

Los nuevos esquemas químicos de química prebiótica proponen escenarios en los que partiendo de moléculas sencillas como cianuro de hidrógeno (HCN) o formaldehído (H₂CO), se pudieron haber formado las primeras biomoléculas como ribonucleótidos (unidades elementales del ARN, formadas por una molécula de ribosa, una nucleobase, y un grupo fosfato), amino ácidos y proto-lípidos. Estas moléculas se conocen como los “ladrillos de la vida”. 

El gran reto de la química prebiótica en la actualidad consiste en entender cómo esas biomoléculas pudieron asociarse para formar los primeros sistemas químicos complejos con funcionalidad, es decir, que pudieran realizar las funciones básicas de la vida como son el metabolismo, la replicación y la compartimentalización (o generación de membranas). El mayor problema de estas nuevas teorías es que, o bien están altamente dirigidas hacia el resultado final, o bien introducen compuestos de forma ad-hoc (por ejemplo, azúcares sencillos) que son difíciles de sintetizar en el laboratorio bajo las condiciones químicas y físicas de una Tierra temprana. Entonces, ¿cómo es posible que se pudieran formar los ladrillos de la vida? Una posible solución es que una fracción importante del material prebiótico se formó en el espacio y fueron transferidos a la superficie de nuestro planeta por el impacto de meteoritos y cometas. 
 

Génesis del primer ente vivo a partir de reacciones químicas en medios acuosos representativos de una Tierra primitiva. Créditos: Bárbara Castrejón, DGDC-UNAM

QUÉ HEMOS APRENDIDO DE LAS MISIONES ESPACIALES A ASTEROIDES Y COMETAS

Las recientes misiones espaciales Rosetta de la ESA, Hayabusa2 de la agencia espacial japonesa JAXA, y OSIRIS-Rex de la NASA, han revelado que parte de esos compuestos prebióticos se pudieron haber formado en el espacio. Glicina, el aminoácido más sencillo, se ha encontrado en la composición química del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko; la nucleobase nitrogenada del ARN uracilo (U) se ha detectado en las muestras traídas a la Tierra del asteroide Ryugu; mientras que las cuatro nucleobases del ADN (adenina, citosina, guanina y timina) y 14 de los 20 aminoácidos presentes en la vida, se han identificado en las muestras del asteroide Bennu. 

Imagen del asteroide Ryugu, que fue visitado por la misión Hayabusa2 de la Agencia Espacial Japonesa (JAXA).  Créditos: JAXA, U. of Tokyo, Kochi U., Rikkyo U., Nogoya U., ChibaTech, Meiji U., U. of Aizu, AIST
 

Parte de estos compuestos orgánicos complejos podrían proceder de la fase pre-solar, es decir, de antes de que se formara el Sol. Este es el caso del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko (un cometa de la familia de Júpiter y cuyo origen se encuentra en el cinturón de Kuiper), para el que se cree que estos compuestos orgánicos complejos se formaron en la nube molecular interestelar parental que dio lugar a nuestro Sistema Solar. Por lo tanto, en la actualidad hay un gran interés en el campo de la Astroquímica para entender qué compuestos prebióticos se pueden formar en las nubes moleculares del medio interestelar.

LA ASTROQUÍMICA Y EL MEDIO INTERESTELAR

La astroquímica es la disciplina dentro de la astrofísica que se encarga del estudio de la abundancia de moléculas en el espacio y de su interacción con la radiación. Uno de los medios donde encontramos moléculas en el espacio es el medio interestelar, que se define como aquellas regiones entre las estrellas de una misma galaxia. En el medio interestelar podemos encontrar nubes moleculares densas que aparecen como zonas oscuras en imágenes tomadas con telescopios ópticos. Estas nubes aparecen oscuras porque, además de moléculas, presentan partículas de polvo interestelar que absorben de forma muy eficiente la luz en el rango del óptico y del ultravioleta. 
 

Formación de moléculas en nubes moleculares densas y regiones de formación estelar. Créditos: ALMA Observatory
 

Las condiciones físicas de estas nubes moleculares son extremas, con presiones muy bajas (de ultra-alto vacío) y temperaturas cercanas al cero absoluto (10 K). A pesar de estas condiciones extremas, las nubes moleculares son una fábrica extraordinaria de generar compuestos químicos. Hasta la fecha (10/03/2025), se han descubierto más de 330 moléculas en el medio interestelar, de las que aproximadamente el 50% son compuestos orgánicos complejos. Algunos de estos compuestos son de interés prebiótico, lo que ha suscitado un gran entusiasmo en la comunidad astroquímica.

EL MEDIO INTERESTELAR COMO ORIGEN DE COMPUESTOS PREBIÓTICOS

En los últimos años, en el grupo de “Complejidad química y formación estelar” en el Centro de Astrobiología (CAB), hemos desarrollado un nuevo proyecto para entender si los compuestos precursores de los ladrillos de la vida se pueden formar en las condiciones del medio interestelar. Para ello, guiamos la búsqueda de esos compuestos moleculares empleando los esquemas químicos propuestos en teorías de química prebiótica y del origen de la vida. En particular, nos hemos centrado en los esquemas de formación de ribonucleótidos en el contexto de un mundo ARN primordial, en el que las primeras formas de vida dependen únicamente del ARN que almacena información genética y que cataliza reacciones químicas.

Gracias a este enfoque novedoso, nuestro grupo en el CAB ha descubierto no sólo precursores clave en la formación de ribonucleótidos como, por ejemplo, urea (NH₂CONH₂), hidroxilamina  (NH₂OH), o glicolonitrilo (HOCH₂CN), sino también precursores en la formación de proto-lípidos (etanolamina, NH₂CH₂CH₂OH, o propanol, n-C₃H₇OH), amino ácidos (amina vinílica, C₂H₃NH₂, y amina etílica, C₂H₅NH₂), y otras especies clave en la síntesis de proto-proteínas (ácido mono-tiofórmico, HC(O)SH, o isocianato de etilo, C₂H₅NCO). 
 

Detección de ácido carbónico en una nube molecular densa en el centro de la Vía Láctea por el grupo de “Complejidad Química y Formación Estelar” en el CAB. Créditos: lan Heywood (Oxford U.), SARAO / Juan Carlos Muñoz-Mateos (ESO) / Víctor M. Rivilla (CAB) & Miguel Sanz-Novo (CAB & UVa)

Para realizar todas estas nuevas detecciones, nuestro grupo ha obtenido barridos espectroscópicos ultra-sensibles en el rango de longitudes de onda del radio con los telescopios de 40m de diámetro de Yebes y de 30m de diámetro del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM), hacia una nube molecular densa situada en el centro de la Vía Láctea, que constituye uno de los mayores repositorios de material orgánico complejo en nuestra Galaxia. En total, desde 2019 hemos reportado la detección de 25 nuevas especies moleculares en el medio interestelar. 

Sin embargo, estas especies representan la punta del iceberg, ya que nuestros estudios espectroscópicos de alta sensibilidad aún no han alcanzado el límite de confusión en líneas moleculares. Además, hasta ahora sólo nos hemos centrado en la búsqueda de moléculas relativamente pequeñas y, por lo tanto, desconocemos si moléculas prebióticas de mayor complejidad también están presentes en el medio interestelar.

LA CONEXIÓN ENTRE EL MEDIO INTERESTELAR Y EL ORIGEN DE LA VIDA

La formación de estos compuestos prebióticos en el medio interestelar representa un avance en nuestra comprensión del complejo proceso del origen de la vida. En efecto, la detección de estos compuestos implica que podrían ser incorporados posteriormente a objetos menores del Sistema Solar como asteroides y cometas.
 

Formación de material prebiótico en nubes moleculares y transferencia de este material a objetos menores de sistemas planetarios (asteroides y cometas) que impactan finalmente con la superficie de un planeta habitable. Crédito: Bill Saxton (NRAO/AUI/NSF)
 

Este material prebiótico habría alcanzado la superficie de nuestro planeta a través del impacto de cometas y meteoritos durante el periodo de bombardeo masivo tardío (del inglés “Late Heavy Bombardment period”) que experimentó la Tierra hace 4100-3800 millones de años. 

Se estima que la cantidad de material orgánico que pudo llegar a la superficie de nuestro planeta durante este periodo es de 10¹⁶ - 10¹⁸ kg, una cifra considerable teniendo en cuenta que la cantidad actual de materia orgánica presente en la biosfera es de 6x10¹⁴ kg. El hecho de que la vida surgió poco después de este periodo sugiere que la llegada de todo este material prebiótico podría haber iniciado la génesis de las primeras biomoléculas. 

En este contexto, el proyecto OPENS (the Onset of Prebiotic chEmistry iN Space), que ha sido recientemente seleccionado por el European Research Council (ERC), buscará aquellos compuestos prebióticos que se forman en el medio interestelar. Asimismo, estudiará no sólo sus procesos de formación, sino también los procesos de destrucción, determinando la probabilidad de supervivencia de los mismos y cuáles de ellos son transferidos a sistemas planetarios jóvenes. 

La detección en el medio interestelar de los compuestos esenciales para el origen de la vida en OPENS representará un gran avance en astroquímica, abriendo un nuevo campo de investigación en el que la química de los componentes básicos de la vida podrá estudiarse directamente en el espacio. 

Esto nos permitirá comprender cómo pudo originarse la vida en nuestro planeta y qué probabilidades tiene de que surja en otros lugares del Universo.