La hipótesis del mundo de los HAP es una hipótesis especulativa que propone que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que se sabe que son abundantes en el universo [ 1] [2] [3] incluso en los cometas [4] y se supone que son abundantes en la sopa primordial de la Tierra primitiva , desempeñaron un papel importante en el origen de la vida al mediar la síntesis de moléculas de ARN , lo que dio lugar al mundo del ARN . Sin embargo, hasta el momento, la hipótesis no ha sido probada. [5]
El experimento de Miller-Urey de 1952 demostró la síntesis de compuestos orgánicos , como aminoácidos , formaldehído y azúcares , a partir de los precursores inorgánicos originales que los investigadores supusieron que estaban presentes en la sopa primordial (pero que ya no se considera probable). Este experimento inspiró a muchos otros. En 1961, Joan Oró descubrió que la base nucleotídica adenina podía fabricarse a partir de cianuro de hidrógeno (HCN) y amoníaco en una solución acuosa. [6] Experimentos realizados posteriormente mostraron que las otras nucleobases de ARN y ADN podían obtenerse mediante química prebiótica simulada con una atmósfera reductora . [7]
La hipótesis del mundo del ARN muestra cómo el ARN puede convertirse en su propio catalizador (un ribozima ). Entretanto, faltan algunos pasos, como por ejemplo cómo se formaron las primeras moléculas de ARN . La hipótesis del mundo de los HAP fue propuesta por Simon Nicholas Platts en mayo de 2004 para intentar completar este paso que faltaba. [8] Una idea más elaborada ha sido publicada por Ehrenfreund et al. [9]
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son las moléculas poliatómicas más comunes y abundantes conocidas en el universo visible , y se consideran un constituyente probable del mar primordial . [1] [2] [3] Los HAP, junto con los fulerenos (o " buckybolas "), se han detectado recientemente en nebulosas. [10] En abril de 2019, los científicos, trabajando con el telescopio espacial Hubble , informaron la detección confirmada de las grandes y complejas moléculas ionizadas de buckminsterfullereno (C 60 ) en los espacios del medio interestelar entre las estrellas . [11] [12] ( Los fulerenos también están implicados en el origen de la vida; según la astrónoma Letizia Stanghellini, "es posible que las buckybolas del espacio exterior proporcionaran semillas para la vida en la Tierra". [13] ) En septiembre de 2012, los científicos de la NASA informaron que los HAP, sujetos a las condiciones del medio interestelar (ISM), se transforman, a través de la hidrogenación , oxigenación e hidroxilación , en compuestos orgánicos más complejos , "un paso en el camino hacia los aminoácidos y los nucleótidos , las materias primas de las proteínas y el ADN , respectivamente". [14] [15] Además, como resultado de estas transformaciones, los HAP pierden su firma espectroscópica , lo que podría ser una de las razones "de la falta de detección de HAP en los granos de hielo interestelar , particularmente en las regiones externas de nubes frías y densas o en las capas moleculares superiores de los discos protoplanetarios ". [14] [15]
En 2013, se detectaron hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera superior de Titán , la luna más grande del planeta Saturno . [16]
En 2018, los investigadores informaron sobre vías químicas de baja temperatura que van desde compuestos orgánicos simples hasta hidrocarburos aromáticos policíclicos complejos. Dichas vías químicas pueden ayudar a explicar la presencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera de baja temperatura de la luna Titán de Saturno , y pueden ser vías importantes, en términos de la hipótesis del mundo de los hidrocarburos aromáticos policíclicos, en la producción de precursores de sustancias bioquímicas relacionadas con la vida tal como la conocemos. [17] [18]
Los HAP normalmente no son muy solubles en agua de mar, pero cuando se exponen a radiación ionizante, como la luz ultravioleta del sol , los átomos de hidrógeno externos pueden eliminarse y reemplazarse por un grupo hidroxilo , lo que hace que los HAP sean mucho más solubles.
Estos HAP modificados son anfifílicos , lo que significa que tienen partes que son tanto hidrófilas como hidrófobas . Cuando están en solución, se agrupan en pilas discóticas mesogénicas ( cristal líquido ) que, al igual que los lípidos , tienden a organizarse con sus partes hidrófobas protegidas.
En 2014, la NASA anunció una base de datos [19] para rastrear los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el universo . Más del 20% del carbono en el universo puede estar asociado con los HAP, [19] [20] posibles materiales de partida para la formación de la vida . Los HAP parecen haberse formado tan pronto como un par de miles de millones de años después del Big Bang , son abundantes en el universo, [1] [2] [3] y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas . [19]
En la pila de PAH autoordenada, la separación entre anillos adyacentes es de 0,34 nm. Esta es la misma separación que se encuentra entre nucleótidos adyacentes de ARN y ADN . Las moléculas más pequeñas se unirán naturalmente a los anillos de PAH. Sin embargo, los anillos de PAH, mientras se forman, tienden a girar uno sobre el otro, lo que tenderá a desalojar los compuestos unidos que colisionarían con los unidos a los de arriba y abajo. Por lo tanto, fomenta la unión preferencial de moléculas planas como las nucleobases de pirimidina y purina , los constituyentes clave (y portadores de información) del ARN y el ADN. Estas bases son igualmente anfifílicas y, por lo tanto, también tienden a alinearse en pilas similares.
Según la hipótesis, una vez que las nucleobases están unidas (a través de enlaces de hidrógeno ) al andamiaje de PAH, la distancia entre bases seleccionaría moléculas "enlazadoras" de un tamaño específico, como pequeños oligómeros de formaldehído ( metanal ) , también tomados de la "sopa" prebiótica, que se unirán (a través de enlaces covalentes ) a las nucleobases así como entre sí para agregar una estructura básica flexible. [5] [8]
Una caída transitoria posterior del pH ambiental (aumento de la acidez), por ejemplo como resultado de una descarga volcánica de gases ácidos como el dióxido de azufre o el dióxido de carbono , permitiría que las bases se desprendan de su estructura de HAP, formando moléculas similares al ARN (con la estructura de formaldehído en lugar de la estructura de ribosa-fosfato utilizada por el ARN "moderno", pero con el mismo paso de 0,34 nm). [5]
La hipótesis especula además que una vez que las largas cadenas simples similares al ARN se separan de las pilas de PAH, y después de que los niveles de pH ambientales se vuelven menos ácidos, tenderían a plegarse sobre sí mismas, con secuencias complementarias de nucleobases buscándose preferentemente entre sí y formando enlaces de hidrógeno , creando estructuras estables, al menos parcialmente bicatenarias, similares a las del ARN, similares a las ribozimas . Los oligómeros de formaldehído eventualmente serían reemplazados por moléculas de ribosa-fosfato más estables para el material de la cadena principal, lo que resulta en un hito inicial para la hipótesis del mundo del ARN , que especula sobre futuros desarrollos evolutivos a partir de ese punto. [5] [8] [21]