Primeras imágenes de resolución atómica de moléculas extraterrestres

Los meteoritos son fragmentos de asteroides (y, potencialmente, cometas) que llegan intactos a la superficie de la Tierra. Son restos de la formación del sistema solar y proporcionan pistas sobre su historia en las moléculas que contienen. Gracias al trabajo de IBM Research en colaboración con un equipo multinacional de investigadores –publicado en Meteoritics and Planetary Science– ahora podemos leer esas pistas un poco mejor.

La mayoría de los meteoritos primitivos se han mantenido prácticamente sin cambios desde su formación hace miles de millones de años. Son como máquinas del tiempo que nos dan acceso al pasado remoto cuando surgieron los planetas que orbitan alrededor del Sol. Parte de la carga que llevan los meteoritos es materia orgánica, que podría haber llegado a la Tierra primitiva y jugado un papel en el origen de la vida.

Investigadores de IBM Research publicaron un estudio¹ sobre la materia orgánica en los meteoritos utilizando, por primera vez, microscopía de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés) de ultra alta resolución. El equipo examinó muestras del famoso meteorito Murchison, que cayó en la pequeña ciudad australiana del mismo nombre en septiembre de 1969, y aprovecharon la fortaleza única de AFM para visualizar e identificar moléculas individuales. Sus hallazgos -obtenidos por un grupo multinacional de investigadores, incluido el equipo de IBM Research en Zurich, Suiza-, proporcionan una prueba de concepto que muestra que AFM puede resolver e identificar moléculas individuales de origen meteorítico.

La capacidad de AFM para identificar una sola molécula significa que puede detectar rastros de sustancias que pasarían desapercibidas por otras técnicas. Esta fortaleza se vuelve más importante cuando la muestra es escasa, como en el caso de los meteoritos, y más aún para los materiales que regresan con las misiones espaciales.

Detrás de las primeras imágenes de moléculas extraterrestres


Hace unos 12 años, el equipo de IBM avanzó en el uso de AFM para resolver moléculas individuales con resolución atómica². Al estudiar muestras relacionadas con el petróleo crudo y el hollín, que contienen una gran diversidad de moléculas, comenzaron a aprovechar la sensibilidad de molécula individual de AFM.

Una de sus esperanzas era resolver moléculas individuales de origen extraterrestre, así que comenzaron a buscar posibles muestras que pudieran investigar, así como colaboradores con experiencia en meteoritos que los ayuden a obtener las muestras correctas, a interpretar sus resultados y compararlos con lo que se sabe sobre las moléculas en los meteoritos a partir de otras técnicas. Eso los llevó a Scott Sandford y Aaron Burton de la NASA, Henderson Cleaves del Instituto de Tecnología de Tokio y a Gregoire Danger de la Universidad de Aix-Marseille.

En sus primeros experimentos intentaron estudiar moléculas sublimadas directamente de polvo de meteorito sin procesar. Eso fue un desafío porque los meteoritos contienen una cantidad relativamente pequeña de material orgánico que puede resolverse con AFM. Sin embargo, lograron hacerlo con algunas moléculas, dándoles la confianza de que podrían obtener imágenes de compuestos orgánicos extraterrestres por AFM.

Sus colaboradores de larga data, Diego Peña e Iago Pozo, de la Universidad de Santiago de Compostela, idearon un método para extraer los tipos de moléculas de los que pensaron podrían obtener buenas imágenes con AFM. Las extracciones se desarrollaron para apuntar a compuestos aromáticos planos, así como a algunas moléculas de hidrocarburos de cadena lineal. Mediante este proceso de extracción optimizado resolvieron muchas más moléculas, que estaban de acuerdo con las estructuras moleculares determinadas usando otras técnicas.

También compararon los resultados obtenidos de AFM con datos de espectrometría de masas de última generación, por lo que Julien Maillard de la Universidad de Normandía y Carlos Afonso de la Universidad de Aix-Marseille, se unieron al proyecto. Sus resultados indicaron que las moléculas que resolvieron con AFM son representativas del meteorito y de la fracción extraída.

La próxima frontera de AFM


El estudio de las moléculas orgánicas del meteorito Murchison demuestra la capacidad de alta resolución de AFM. Hasta ahora, no han resuelto nuevas moléculas en meteoritos usando AFM. Sin embargo, debido a su sensibilidad a nivel de molécula individual, AFM podría usarse en un futuro cercano para revelar moléculas muy raras que aún no se han encontrado en muestras de meteoritos. También existen moléculas que solo se pueden resolver con la ayuda de AFM cuando las técnicas convencionales por sí solas son insuficientes³.

Después de esta prueba de concepto, el equipo espera obtener muestras más grandes de diferentes meteoritos para comprender los efectos del aumento de agua y el calentamiento de los asteroides de donde provienen y, potencialmente, muestras que regresan de misiones a otros objetos de nuestros sistema solar -incluidos asteroides y otras superficies planetarias- para resolver moléculas individuales y avanzar en nuestro conocimiento sobre las moléculas que transportan. Esto podría ayudar a delinear una imagen más clara del origen de nuestro sistema solar y la vida en la Tierra.