El mecanismo de cristalización selectiva de espín como resultado del efecto CISS y la configuración experimental. (A) A medida que las moléculas se acercan a la superficie, adquieren transitoriamente una polarización de carga inducida. Debido al efecto CISS, la polarización de carga transitoria de la molécula quiral se acompaña de polarización de espín. El estado de espín asociado con los polos de carga está determinado por la orientación de la molécula quiral. Dado que la superficie magnética en sí misma está polarizada por espín, favorece cinéticamente (como un cristal semilla) el enantiómero cuyo estado de transición de espín da como resultado una interacción de intercambio de espín de menor energía. La superposición de energías inferiores con la superficie magnética es similar a un singlete (rojo, ↑↓) y la superposición de energías superiores es similar a un triplete (azul, ↑↑). La diferencia de energía entre las dos configuraciones es superior a la temperatura ambiente, kBT; por lo tanto, el efecto se manifiesta fuertemente. (B) Esquema del sistema utilizado en los experimentos de cristalización y una imagen microscópica ejemplar de cristales RAO en la superficie de magnetita del experimento de cristalización directa. La foto muestra la superficie de magnetita como un fondo negro y conglomerados en forma de aguja de cristales RAO formados en la superficie, así como cristales gemelos con agujas D- y L-RAO dispuestas estocásticamente y RAO racémico en forma de polvo escamoso suspendido en el columna de agua sobre la superficie. Préstamo: Progreso de la ciencia (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg8274
La investigación dirigida por la Universidad de Harvard puede haber resuelto el misterio de cómo la vida se volvió molecularmente diestra. En el artículo “Origen de la homoquiralidad biológica por cristalización de un precursor de ARN en una superficie magnética”, publicado en Progreso de la cienciaLos científicos explican cómo todo pudo haber comenzado con el tipo correcto de roca.
Las moléculas pueden ser zurdas, diestras o ambas. El ARN y los azúcares que forman el ADN son moléculas dextrógiras. Nadie sabe por qué o si hay una razón más que la casualidad de que la vida comenzó con la mano derecha.
Del mismo modo, las manos humanas pueden ser izquierdas o derechas y son imágenes especulares entre sí, lo que significa que no puedes ponerlas una encima de la otra sin mirar en la dirección equivocada. Las moléculas pueden tener una simetría estructural similar.
De la misma manera que las personas diestras tienen dificultades con las tijeras para zurdos, o los guitarristas zurdos tienen que invertir las cuerdas y tocar el instrumento al revés, las moléculas no interactúan de la misma manera cuando son zurdos o diestros. . Una vez lanzado, tiene sentido que los componentes básicos de la vida continúen con la misma mano.
La idea intrigante es que los rayos cósmicos con un giro hacia la izquierda destruyeron los precursores del ADN hacia la izquierda, justo cuando comenzó la vida en la Tierra.
La ribo-aminooxazolina (RAO) es un precursor de ARN clave para dos nucleótidos de ARN, citosina y uracilo. También sucede que la RAO forma una estructura cristalina que puede ser dextrorrotatoria o levorrotatoria, que cuando el cristal comienza a formarse, ya sea derecho o izquierdo, se une únicamente a otras moléculas con la misma mano.
Al colocar RAO en superficies de magnetita (Fe3O4), los científicos pudieron lograr una cristalización de RAO al 100%, ya sea hacia la izquierda o hacia la derecha, según la interacción de intercambio de espín y el grado de alineación de espín (magnetización) en la superficie activa.
El mineral magnético natural más abundante en la Tierra, la magnetita, tuvo muchas oportunidades de interactuar con la OAR en tiempos primordiales. Sin embargo, los investigadores dicen que es poco probable que ocurra este efecto cuando está en contacto con una solución de partículas, como el lodo, sino más bien en las superficies de las rocas sedimentarias.
Incluso con los descubrimientos actuales que probablemente desbloquean dos de los cuatro componentes de los nucleótidos de ARN, todavía faltan dos más. Hasta ahora, la historia del origen establece que los ingredientes naturales comunes a temperatura ambiente pueden iniciar el proceso. Si los próximos dos resultan tener requisitos similares, significaría que la vida en cualquier planeta similar a la Tierra en el universo podría comenzar con la misma facilidad.
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