Una técnica eléctrica de Osaka podría ayudar a identificar signos de vida en el espacio

El problema del instrumento en la búsqueda de vida

Los astrobiólogos han pasado décadas rastreando el sistema solar y el universo en general en busca de señales de que exista biología en algún lugar distinto de la Tierra. El obstáculo no es la ambición, sino la instrumentación. Un detector de biosignaturas tiene que ser extraordinariamente sensible, porque los rastros que busca pueden reducirse a un puñado de moléculas en una muestra, y también tiene que ser lo bastante pequeño y resistente como para sobrevivir a un viaje en una nave espacial. Construir algo que satisfaga ambos requisitos a la vez ha sido, como lo plantean los investigadores, un desafío de ingeniería de otro mundo. Un grupo de la Universidad de Osaka describe ahora una técnica eléctrica que podría ofrecer un camino a seguir. Los hallazgos se publicarán en Nature Communications.

Moléculas especulares como firma de la biología

Gran parte del razonamiento detrás del trabajo se basa en los aminoácidos, los bloques moleculares a partir de los cuales se ensamblan las proteínas. Muchos aminoácidos existen en dos formas que son imágenes especulares entre sí: idénticas en fórmula química, pero opuestas en lateralidad, o quiralidad. La vida y la química no viva manejan esas dos formas de manera muy diferente. Los organismos construyen sus aminoácidos casi enteramente en la forma L, mientras que sus azúcares aparecen de manera abrumadora en la forma D. Los procesos químicos y físicos abióticos, en cambio, no muestran tal preferencia y normalmente generan ambas formas en proporciones iguales. Esa asimetría —la proporción de formas L a D— es por lo tanto una biosignatura prometedora, y hace de los aminoácidos un foco natural para la astrobiología. Si una muestra de otro mundo regresara con un fuerte sesgo de lateralidad, sería una pista significativa de que la biología había estado actuando.

Por qué la medición en masa se queda corta

Los instrumentos convencionales determinan la quiralidad analizando grandes grupos de moléculas a la vez. Ese enfoque en masa funciona bien en un laboratorio bien equipado, pero trae dificultades prácticas cuando el objetivo es un instrumento listo para volar. Se ha sugerido que un esquema de detección eléctrica podría sortear varios de estos problemas a la vez: tal método sería más simple de implementar, menos afectado por la vibración y libre de los reactivos químicos que requieren las técnicas en masa. Esas son precisamente las cualidades que importan cuando un instrumento debe operar lejos de una mesa de laboratorio.

Moléculas individuales, contadas en un nanogap

Los avances en nanotecnología permitieron al equipo de Osaka detectar eléctricamente moléculas individuales de interés biológico en lugar de poblaciones en masa. El montaje hace pasar moléculas a través de un espacio entre dos nanohilos de oro. A medida que una molécula atraviesa ese espacio, genera una corriente de túnel eléctrica, y la forma de onda de esa corriente difiere según cuál forma del aminoácido esté pasando. Debido a que esas huellas eléctricas son distinguibles, los investigadores pueden contar cuántas moléculas de cada forma cruzan el espacio: una medición directa, molécula por molécula, en lugar de una lectura promediada sobre un conjunto. El equipo también combinó la técnica de túnel de nanogap con inteligencia artificial, lo que según informan les permitió distinguir las dos formas.

Muestras de un sustituto marciano

Las muestras analizadas en el estudio se recolectaron en el núcleo hiperárido del desierto de Atacama, al norte de Antofagasta, en Chile. Esa región se utiliza como entorno análogo a Marte: su extrema sequedad y su escasa biología la convierten en una de las aproximaciones terrestres más cercanas a las duras superficies que se encuentran en el planeta rojo. Probar una técnica de detección de vida en material de un entorno así es una forma de evaluar cómo se comporta el método en condiciones que se asemejan a lo que podría encontrar una misión planetaria. La imagen de Atacama que acompaña el trabajo se atribuye a Christopher E. Carr.

Qué cambiaría un detector eléctrico compacto

El atractivo del enfoque radica en lo que podría permitir si madura hasta convertirse en un instrumento funcional. Entre las ventajas descritas:

• Se cuentan moléculas individuales, en lugar de grandes conjuntos, lo que da una lectura directa de la proporción L/D que sirve como posible biosignatura.
• La medición es eléctrica, lo que evita los reactivos químicos de los que dependen algunos métodos establecidos.
• Las lecturas eléctricas se describen como menos sensibles a la vibración que las técnicas en masa, una propiedad útil para el hardware que opera en un módulo de aterrizaje o un rover.
• El enfoque se basa en la fabricación a escala nanométrica, en la que las uniones de nanohilos de oro pueden producirse en chips pequeños.

Cada una de esas propiedades apunta al mismo cuello de botella: la dificultad de reducir un método analítico de calidad de laboratorio a algo que pueda volar. Una técnica que depende de la corriente a través de un nanogap en lugar de un frasco de reactivo y un banco óptico es, en principio, más fácil de miniaturizar.

Una herramienta emergente, no una misión terminada

El resultado de Osaka es un paso en el desarrollo de un método, no una detección de vida. Su importancia radica en que demuestra una vía para distinguir eléctricamente las dos formas quirales de los aminoácidos con resolución de una sola molécula, y en que el enfoque puede probarse con muestras de un entorno elegido para imitar Marte. Si la técnica llega a formar parte de una futura carga útil depende de más trabajo que demuestre que puede operar de manera fiable fuera del laboratorio y con los tipos de muestras que una misión analizaría realmente. Aun así, mientras los astrobiólogos siguen sopesando dónde mirar y qué buscar, un instrumento pequeño, robusto y libre de reactivos aborda una brecha reconocida en la búsqueda de biosignaturas, tanto dentro de nuestro sistema solar como más allá.

Este artículo se basa en la cobertura de Phys.org. Lea el artículo original.