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El fósforo y el origen de la vida
Alberto González Fairén

El fósforo es un elemento esencial para la vida. ¿Cómo llegó a la Tierra primitiva?, ¿dónde se acumuló?, ¿ha jugado el mismo papel en otros mundos?
oda la vida en la Tierra está basada en un pequeño conjunto de elementos fundamentales: por orden de abundancia en los seres vivos, hidrógeno (H, 59%), oxígeno (O, 24 %), carbono (C, 11%), nitrógeno (N, 4%), fósforo (P, 1%) y azufre (S, del 0,1 al 1%). El fósforo es un componente crítico para fabricar algunos de los ladrillos básicos de las estructuras biológicas, como son los ácidos nucleicos, las proteínas y las grasas. En realidad, en términos relativos, la vida está más enriquecida en fósforo que en carbono respecto a la abundancia de estos dos elementos en la corteza terrestre.

Pero en la Tierra actual, el fósforo se encuentra solo en pequeñas cantidades en los ambientes naturales, y en su mayor parte está secuestrado al unirse al calcio y formar el mineral apatito, no accesible directamente para los seres vivos. El fósforo es realmente tan escaso que los investigadores dedicados a estudiar los procesos de biogénesis temprana se han topado con un problema recurrente: identificar los lugares de la Tierra primitiva, hace más de 4.000 millones de años, en los que la vida incipiente pudiera haber encontrado la cantidad necesaria de fósforo a su disposición.

Jonathan Torner y David Catling, de la Universidad de Washington, propusieron en enero de este año que la presencia de lagos ricos en carbono debió de ser un requisito imprescindible para el origen de la vida en la Tierra. Torner y Catling encontraron que, en la Tierra actual, los lagos ricos en carbono tienen hasta 50.000 veces más fósforo que el agua del mar o de los ríos. Esto es debido a que se sitúan en zonas con altísimas tasas de evaporación, lo que concentra el agua y una gran cantidad de sales en disoluciones alcalinas o de alto pH. El resultado final es que en los lagos ricos en carbono se bloquea la síntesis de apatito, porque el calcio del agua se une preferentemente al carbono formando carbonato cálcico, y el fósforo permanece en disolución.

En la Tierra actual existen lagos ricos en carbonatos en todos los continentes, como el lago Mono en California, el Magadi en Kenia, o el Lonar en India (Figura 1). Pero debieron ser aún más abundantes en la Tierra primitiva: la mayor frecuencia de actividad volcánica entonces produjo grandes cantidades de rocas ricas en fósforo, que se habrían erosionado más rápidamente en una atmósfera enriquecida en CO2. Este proceso habría saturado de fósforo muchos lagos ricos en carbonatos en la Tierra primitiva, y como aún no existía una biosfera planetaria que atrapara el elemento ávidamente, una gran cantidad de fósforo habría quedado a disposición de los procesos bioquímicos tempranos.
El lago Mono, en California...
Figura 1: El lago Mono, en California, uno de los lagos carbonatados
estudiados para entender la disponibilidad de fósforo para la biogénesis.
(Fotografía del autor) Click para ampliar!
También en enero tuvimos nuevas pistas para identificar desde dónde y cómo llegó el fósforo a la Tierra primitiva para participar en los procesos de biogénesis. Un equipo internacional dirigido por Víctor Rivilla, del Observatorio de Arcetri en Florencia, combinó los datos de observaciones realizadas desde la Tierra con el telescopio ALMA de las regiones de formación estelar, y los datos obtenidos por la sonda Rosetta en su acercamiento al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, para entender la ruta del fósforo hasta la Tierra.

Por un lado, el grupo de Rivilla examinó la región de formación estelar AFGL 5142, e identificó en el polvo la presencia de moléculas cargadas de fósforo. En estas regiones de la Galaxia es donde los nuevos sistemas planetarios nacen. Además, los flujos de gas que producen las estrellas masivas jóvenes abren cavidades en las nubes interestelares, y es en estas cavidades donde se forman las moléculas que contienen fósforo, por la acción de la radiación estelar. La más abundante es el monóxido de fósforo, que se incorpora a los mundos en formación, incluyendo los asteroides.

Y, por otro lado, usando los datos que obtuvo la sonda Rosetta después de dos años orbitando al cometa 67P, identificaron también la presencia de monóxido de fósforo. Al mismo tiempo que traían grandes cantidades de agua y de compuestos orgánicos a la joven Tierra, los cometas también sembraron nuestro mundo con monóxido de fósforo. Este descubrimiento permite cerrar la historia del fósforo en los seres vivos, desde su génesis en las nubes de gas interestelares, su viaje a bordo de asteroides hasta los lagos ricos en carbonatos de la Tierra primitiva, y finalmente formando parte de nuestro ADN (Figura 2).

Y la pregunta que surge es inmediata: si toda esta cadena de acontecimientos ha sucedido en la Tierra, ¿ha podido ocurrir algo similar en Marte o en los satélites helados del Sistema Solar exterior, es decir, en los cuerpos vecinos a la Tierra en los que llevamos décadas planteando que la vida ha podido desarrollarse? La respuesta no es optimista para formas de vida que requieran fósforo.

En Marte no existen grandes sedimentos de carbonatos: después de décadas de búsqueda específica, apenas han aparecido algunas decenas de afloramientos puntuales, y cantidades ínfimas en el polvo global. No parece que Marte fuera un mundo rico en carbonatos en sus orígenes, cuando tenía agua en superficie. Al contrario, es posible que los lagos y mares del Marte primitivo fueran más bien levemente ácidos, un pH que habría inhibido la formación de carbonatos, favoreciendo el consiguiente secuestro del fósforo en minerales.

Y los modelos geoquímicos sobre la composición de los océanos subsuperficiales escondidos bajo el hielo en las lunas del Sistema Solar exterior, como Europa o Encélado, no sugieren en absoluto que el agua líquida allí esté enriquecida en carbonatos.

Nada de esto quiere decir que no sea posible que hayan sucedido procesos biológicos en nuestro vecindario planetario. Pero, si hay vida en otros rincones del Sistema Solar, podría estar basada en fórmulas químicas distintas a la de la vida sobre la Tierra, que no incluyan al fósforo.
Fotografía del cielo nocturno mostrando la constelación del Auriga...
Figura 2: Fotografía del cielo nocturno mostrando la constelación del Auriga,
y señalada la región de formación estelar AFGL 5142 (cuadrado pequeño).
Allí se ha identificado monóxido de fósforo (cuadrado inferior izquierdo)
en una imagen de ALMA (cuadrado superior izquierdo), y en el
cometa 67P (en el lado inferior derecho de la imagen).
(ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / Rivilla et al / L. Calçada / ESA / Rosetta /
/ NAVCAM / Mario Weigand, www.SkyTrip.de) Click para ampliar!
 
 
Madrid, España, 05 de Febrero de 2020.
 
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