Un dispositivo capaz de distinguir aminoácidos que tienen la misma composición química, pero diferente estructura espacial, podría contribuir a la búsqueda de vida fuera de la Tierra. Un equipo internacional de investigadores desarrolló una tecnología que combina fenómenos de la mecánica cuántica con inteligencia artificial para identificar estas moléculas, fundamentales para la vida.
El estudio, publicado el 5 de octubre en la revista científica Nature, describe un sistema que analiza las señales eléctricas producidas por moléculas individuales al pasar entre dos electrodos de oro separados por aproximadamente 0.5 nanómetros, una distancia comparable con las dimensiones de unos pocos átomos.
Cuando un aminoácido atraviesa el espacio entre los electrodos, modifica temporalmente la corriente eléctrica. Estas variaciones generan señales características que, mediante algoritmos de aprendizaje automático, pueden utilizarse para identificar las moléculas y distinguir sus configuraciones espaciales.
La tecnología se basa en el efecto túnel, un fenómeno cuántico que permite a las partículas atravesar barreras energéticas que no podrían superar de acuerdo con las leyes de la física clásica.
La quiralidad, una de las claves para comprender el origen de la vida
El avance se relaciona con la quiralidad, una propiedad de ciertas moléculas que les permite existir en dos formas espaciales que son imágenes especulares entre sí, semejantes a una mano derecha y una izquierda.
Aunque ambas formas tienen los mismos componentes y composición química, su disposición tridimensional es diferente. Esta característica puede modificar sus interacciones y funciones biológicas.
El fenómeno fue estudiado en el siglo XIX por el científico francés Louis Pasteur, quien investigó las diferencias entre cristales y moléculas con configuraciones especulares.
En los seres vivos terrestres, las proteínas están constituidas casi exclusivamente por aminoácidos de configuración L, mientras que sus formas especulares corresponden a la configuración D. Sin embargo, todavía no existe una explicación definitiva sobre por qué la vida en la Tierra favoreció predominantemente una de estas configuraciones.
Los aminoácidos son componentes fundamentales de las proteínas, moléculas indispensables para numerosos procesos biológicos. Por ello, comprender su comportamiento y distribución podría aportar pistas sobre el origen de la vida y las condiciones necesarias para que surja en otros lugares del Universo.
Prueban el dispositivo con un meteorito y muestras del desierto de Atacama
Para evaluar su funcionamiento, los investigadores utilizaron un conjunto de 11 aminoácidos y analizaron muestras de distinta complejidad química, incluidos extractos del meteorito Murchison, que cayó en Australia en 1969 y contiene diversos compuestos orgánicos.
También estudiaron muestras procedentes del desierto de Atacama, en Chile, un entorno árido que permite investigar procesos químicos en condiciones de extrema escasez de humedad y que resulta de interés para los estudios relacionados con Marte.
Los experimentos demostraron que el dispositivo puede distinguir configuraciones moleculares diferentes a partir de las señales eléctricas que producen. No obstante, los científicos reconocieron limitaciones para detectar moléculas presentes en concentraciones muy bajas y dificultades relacionadas con la precisión de las mediciones.
A pesar de estos obstáculos, la tecnología representa una alternativa para analizar compuestos orgánicos sin depender exclusivamente de técnicas convencionales de laboratorio.
Un posible instrumento para futuras misiones espaciales
Uno de los principales objetivos a largo plazo es adaptar esta tecnología para analizar muestras del suelo marciano o materiales procedentes de asteroides durante futuras misiones espaciales.
La identificación de aminoácidos no demostraría por sí misma la existencia de vida extraterrestre, ya que estas moléculas también pueden formarse mediante procesos químicos no biológicos.
Sin embargo, detectar un predominio significativo de una configuración molecular sobre su imagen especular podría proporcionar una pista relevante. Los investigadores tendrían que determinar si ese desequilibrio se explica por mecanismos químicos naturales o si podría estar relacionado con procesos biológicos.
Esta distinción es importante porque la distribución de las formas L y D constituye una característica que puede ayudar a estudiar el origen y la evolución de los sistemas vivos.
Aplicaciones que también podrían beneficiar a la medicina
Además de sus posibles aplicaciones en la exploración espacial, el estudio de la quiralidad tiene implicaciones para la industria farmacéutica. Dos versiones especulares de una misma molécula pueden interactuar de manera diferente con el organismo, por lo que identificar con precisión su configuración puede contribuir al desarrollo de medicamentos más seguros y eficaces.
El avance abre nuevas posibilidades para estudiar la composición de muestras complejas y comprender mejor cómo las moléculas orgánicas interactúan entre sí.
Aunque todavía será necesario perfeccionar la sensibilidad y precisión del dispositivo antes de considerar su utilización en misiones espaciales, la investigación ofrece una herramienta prometedora para explorar una de las grandes preguntas científicas: cómo surgió la vida y si existen otras formas de vida en el Universo.