Meteorites are rich in complex organic molecules based on carbon that are present in living organisms. Researchers found in meteorites up to 70 different amino acids, sugars, nucleotide bases, and other substances, including some that are present in lipid membranes. They are all the basic ingredients of proteins, carbohydrates, nucleic acids, and cell membranes—that is, all the essential components for life. However, there are no complex silicon compounds in meteorites, in spite of science-fiction speculations about silicon as an alternative to carbon-based life. Silicon is the atom comparable to carbon in the next row of the periodic table of the elements, but heavier and with an additional layer of electrons (1). Life appeared using the simplest and the most available atoms at its disposal.
The Murchison meteorite fell to Earth on September 28, 1969, near the Australian city with the same name. Numerous fragments were collected, up to a total of 100 kg. In them, scientists found carbohydrates, carboxylic acids, alcohols, nitrogenous bases, and 50 types of amino acids, eight of them present in proteins of our planet. The researchers estimated the number of organic compounds present to be in the order of millions. The ratio between carbon isotopes C14 and C13 leaves no doubt about the extraterrestrial origin of these compounds (1).
Comets are made up of rock and ice, with a dark nucleus whose color may be due, in part, to organic compounds. Comets contain carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), ethane (C2H6), acetylene (C2H2), formaldehyde (CH2O), formic acid (CH2O2), isocyanic acid (HNCO), and the amino acid glycine (C2H5NO2), a constituent of our proteins. Meteorites and comets may therefore have played a critical role in the origin of life on our planet (2).
The synthesis of complex organic molecules not only occurs in space and on our planet but has also been observed on Titan (Saturn's largest satellite), Triton (Neptune's moon), and Pluto—which share the light of our sun, low temperature and atmospheres with nitrogen, methane, and carbon monoxide (3). What happens in our solar system may also have happened and be happening elsewhere in the universe, virtually anywhere. We know about the presence of amino acids, sugars, nucleotide bases, and fatty acids at the other end of our galaxy, millions of light-years away (4).
Although most of the complex compounds on which life is based contain carbon, there were other simpler compounds that have been crucial to the evolution of the planet and life. Among these simpler compounds, some also include carbon, such as carbon dioxide, and some do not, but contain hydrogen, oxygen or hydrogen sulfide. In future posts we will also see the relevance of water for life on Earth. The first living organisms of the Archean eon already used these main elements. They probably used the reaction between hydrogen gas and sulfide to obtain energy, producing hydrogen sulfide (H2S). Methane could be another source of energy for bacteria in that eon, since there are bacteria that continue to use methane. The appearance of photosynthetic fixation of carbon, from carbon dioxide, in plants with release of oxygen, to which we owe our current atmosphere, was still far away in the future.
If you are enjoying these posts, please share them in your social networks using the links below.
Versión en español:
Los meteoritos son ricos en moléculas orgánicas complejas basadas en carbono y que están presentes en los organismos vivos. Los investigadores encontraron en meteoritos hasta 70 aminoácidos diferentes, azúcares, nucleótidos y otras sustancias, incluidas algunas que están presentes en las membranas lipídicas. Son todos los ingredientes básicos de proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y membranas celulares, es decir, todos los componentes esenciales para la vida. Sin embargo, no hay compuestos complejos de silicio en los meteoritos, a pesar de las especulaciones de ciencia ficción sobre el silicio como una alternativa a la vida basada en el carbono. El silicio es el átomo comparable al carbono en la siguiente fila de la tabla periódica de los elementos, pero más pesado y con una capa adicional de electrones (1). La vida no se complicó a sí misma y apareció utilizando los átomos más simples y disponibles a su disposición.
El meteorito Murchison cayó a la Tierra el 28 de septiembre de 1969, cerca de la ciudad australiana del mismo nombre. Se recogieron numerosos fragmentos, hasta un total de 100 kg. En ellos, los científicos encontraron carbohidratos, ácidos carboxílicos, alcoholes, bases nitrogenadas y 50 tipos de aminoácidos, ocho de ellos presentes en las proteínas de nuestro planeta. Los investigadores estimaron que el número de compuestos orgánicos presentes era del orden de millones. La relación entre los isótopos de carbono C14 y C13 no deja lugar a dudas sobre el origen extraterrestre de estos compuestos (1).
Los cometas están formados por roca y hielo, con un núcleo oscuro cuyo color puede deberse, en parte, a compuestos orgánicos. Los cometas contienen monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), etano (C2H6), acetileno (C2H2), formaldehído (CH2O), ácido fórmico (CH2O2), ácido isociánico (HNCO) y el aminoácido glicina (C2H5NO2), un constituyente de nuestras proteínas. Por lo tanto, los meteoritos y los cometas pueden haber desempeñado un papel crítico en el origen de la vida en nuestro planeta (2).
La síntesis de moléculas orgánicas complejas no sólo ocurre en el espacio y en nuestro planeta, sino que también se ha observado en Titán (el satélite más grande de Saturno), Tritón (la luna de Neptuno) y Plutón, que comparten la luz de nuestro sol, baja temperatura y atmósferas con nitrógeno, metano y monóxido de carbono (3). Lo que sucede en nuestro sistema solar también puede haber sucedido y estar sucediendo en otras partes del universo, prácticamente en cualquier lugar. Sabemos de la presencia de aminoácidos, azúcares, nucleótidos y ácidos grasos en el otro extremo de nuestra galaxia, a millones de años luz de distancia (4).
Aunque la mayoría de los compuestos complejos en los que se basa la vida contienen carbono, hubo otros compuestos más simples que han sido cruciales para la evolución del planeta y la vida. Entre estos compuestos más simples, algunos también incluyen carbono, como el dióxido de carbono, y otros no, pero contienen hidrógeno, oxígeno o sulfuro de hidrógeno. En futuros posts también veremos la relevancia del agua para la vida en la Tierra. Los primeros organismos vivos del eón arcaico ya usaban estos elementos principales. Probablemente utilizaron la reacción entre el gas hidrógeno y el sulfuro para obtener energía, produciendo sulfuro de hidrógeno (H2S). El metano podría ser otra fuente de energía para las bacterias en ese eón, ya que hay bacterias que continúan usando metano. La aparición de la fijación fotosintética del carbono, a partir del dióxido de carbono, en las plantas con liberación de oxígeno, a las que debemos nuestra atmósfera actual, aún estaba muy lejos en el futuro.
Si está disfrutando de estas publicaciones, por favor, compártalas en sus redes sociales utilizando los enlaces de abajo.
1. Charles Cockell. The Equations of Life. How Physics Shapes Evolution. Atlantic Books, London, 2018.
2. Nicolle E.B. Zellner et al. Cometary Glycolaldehyde as a Source of pre-RNA Molecules. Astrobiology 20 (11): 1377-1388, 2020. https://doi.org/10.1089/ast.2020.2216.
3. Lavvas, P., Lellouch, E., Strobel, D.F. et al. A major ice component in Pluto’s haze. Nat Astron 5, 289–297 (2021). https://doi.org/10.1038/s41550-020-01270-3.
4. Robert M. Hazen. Symphony in C. Carbon and the evolution of almost everything. W. W. Norton & Company, New York, 2019.
Image: Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. ESA/Rosetta/NAVCAM.
Comments