Cómo el polvo cósmico impulsa la formación de moléculas vitales para crear vida
En los rincones más fríos del espacio, diminutos granos de polvo actúan como microreactores capaces de ensamblar moléculas esenciales para la vida. Un nuevo estudio muestra que, sin ellos, la química prebiótica simplemente no despega.
Por Enrique Coperías
Polvo interestelar en los pilares de la nabulosa de Carina, que se encuentra a unos 7.500 años luz de distancia. Un nuevo estudio sugiere que el carbamato de amonio, un compuesto prebiótico clave en la ruta hacia la urea, solo se forma eficazmente en presencia de polvo cósmico, incluso a temperaturas extremas propias de las nubes moleculares donde nacen las estrellas. Cortesía: ESA
Los astrofísicos sospechan desde hace tiempo que los granos de polvo que flotan entre estrellas y planetas no son simples residuos cósmicos, sino piezas fundamentales en la compleja química que anticipa el surgimiento de la vida. Un nuevo estudio de un equipo internacional de investigadores confirma esa intuición y da un paso más en esa dirección: el polvo no solo sirve de soporte para que las moléculas se encuentren, sino que actúa como catalizador y, en muchos casos, como condición indispensable para que ciertas reacciones ocurran.
🗣️ «El polvo no es solo un ingrediente pasivo de fondo en el espacio —recuerda Martin McCoustra, astrofísico de las Universidad Heriot-Watt de Edimburgo (Reino Unido) y uno de los autores del estudio— . Proporciona superficies donde las moléculas pueden encontrarse, reaccionar y formar especies más complejas».
El trabajo, publicado en The Astrophysical Journal, se centra en un proceso muy concreto pero altamente revelador. Hablamos de la formación de carbamato de amonio, una molécula de interés prebiótico que constituye un paso previo hacia la síntesis de urea, uno de los compuestos básicos de la bioquímica terrestre. Y su principal conclusión es contundente: sin polvo cósmico, la reacción no ocurre; con polvo, ocurre con sorprendente eficacia, incluso a temperaturas extremadamente bajas, como las de las nubes moleculares donde nacen las estrellas.
El experimento: recrear el espacio profundo en laboratorio
Los autores utilizaron la llamada Jena Dust Machine, un sistema experimental diseñado para recrear en el laboratorio las condiciones que imperan en regiones frías del cosmos donde los granos de polvo conviven con hielos moleculares. Para simular estos granos emplearon diminutas partículas de silicatos de magnesio, materiales muy similares a los presentes en el medio interestelar.
La configuración experimental era aparentemente simple: depósitos por capas de dióxido de carbono (CO₂), amoníaco (NH₃) y una película intermedia de polvo, todo ello enfriado a -263 ºC. Tras construir este sándwich helado, los investigadores elevaron la temperatura a −193 °C, un rango representativo de ambientes más templados, como los envoltorios de estrellas jóvenesy los discos protoplanetarios donde se forman los planetas.
🗣️ «Los resultados sugieren que los granos de polvo desempeñan un papel mucho más activo en la astroquímica de lo que se pensaba — señala Alexey Potapov, experto en física y química de las nubes interestelares de la Universidad Friedrich Schiller de Jena (Alemania) e investigador principal del trabajo. Y añade—: Al flotar por nubes interestelares y discos protoplanetarios, estas partículas pueden proporcionar los microambientes donde las moléculas se encuentran y evolucionan hacia formas más complejas».
La clave del experimento estaba en separar físicamente los reactivos —CO₂ y NH₃— de forma que solo pudieran encontrarse si eran capaces de difundirse a través de los poros del polvo silicatado. De esta manera, cualquier producto químico detectado sería prueba directa de que algo se movía y reaccionaba sobre o dentro de la superficie del grano.
La estructura porosa del polvo y su papel catalítico
La estructura de las capas de polvo resulta esencial en este proceso. Las imágenes de microscopía electrónica incluidas en el artículo muestran redes complejas y esponjosas de partículas de apenas unos nanómetros, con poros que oscilan entre 10 y 50 nm. Se trata de una superficie enorme en proporción a la masa: un territorio perfecto para que moléculas ligeras como el CO₂ y el NH₃ se adhieran, se desplacen y acaben encontrándose.
El grado de porosidad no es un detalle menor. Las teorías tradicionales representaban los granos de polvo recubiertos por espesas capas de hielo —una especie de modelo de cebolla— que impedían el acceso a la superficie mineral. Sin embargo, las evidencias más recientes, incluidas las aportadas por este mismo grupo en estudios previos, apuntan a otra realidad: el hielo no siempre recubre completamente el grano, y la estructura porosa facilita la mezcla íntima entre hielo y polvo.
Este nuevo experimento refuerza esa visión y sugiere que las superficies de los granos —y no solo el hielo que los cubre— pueden desempeñar un papel crucial en la química interestelar.
Imagen al microscopio electrónico de una capa de silicato de magnesio muy porosa, similar al polvo cósmico. La estructura, formada por diminutas partículas que generan un aspecto esponjoso, muestra poros de distintos tamaños, la mayoría de menos de 20 nanómetros. Esta alta porosidad crea una gran superficie interna donde pueden ocurrir reacciones químicas en el espacio. Cortesía: Alexey Potapov et al 2025 ApJ
Por qué el CO₂ y el NH₃ reaccionan solo en presencia de polvo
Los resultados del trabajo fueron diáfanos, pues en los controles donde el CO₂ y el NH₃ estaban en contacto directo, es decir, sin polvo en medio, no se detectó carbamato de amonio a −193 °C. Sin embargo, al introducir la capa de silicatos, incluso de tan solo 10 nanómetros de espesor, la reacción se puso en marcha.
Como explica McCoustra, «en algunas regiones del espacio, esta química del polvo es un requisito previo para construir los componentes moleculares de la vida. Ahora sabemos que las reacciones superficiales ocurren de manera eficiente —más rápidamente— con polvo que sin él».
No solo eso, el rendimiento aumentó con el grosor de la capa de polvo hasta aproximadamente 100 nm, punto a partir del cual la eficiencia comenzaba a disminuir de nuevo. El comportamiento tiene sentido: al principio, más polvo implica más superficie y más lugares de encuentro; pero a partir de cierto espesor, los caminos que las moléculas deben recorrer se vuelven demasiado largos o se bloquean parcialmente, ralentizando el proceso.
En el escenario más favorable, casi la mitad del CO₂ inicial se convirtió en carbamato de amonio, una cifra sorprendentemente alta para una reacción química en el espacio a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Mecanismos químicos clave: difusión, protonación y catalizadores minerales
La respuesta tiene varias capas, nunca mejor dicho. En primer lugar, los autores destacan que los granos de silicato no son superficies químicamente neutras: presentan sitios reactivos, como grupos de oxígeno no coordinados o hidroxilos, capaces de participar en procesos de transferencia de protones. Estos centros pueden desempeñar el papel que, en otros contextos, desempeña una segunda molécula de amoníaco o incluso el agua, y facilitan que la reacción avance con barreras energéticas mucho menores que las encontradas en fase gas.
Además, el mecanismo que domina parece ser del tipo Langmuir–Hinshelwood, en el que los reactantes se adsorben, se difunden por la superficie y acaban reaccionando al encontrarse en un mismo punto activo. La propia difusión molecular en superficies heladas es un campo relativamente poco explorado, y este estudio ofrece una de las primeras demostraciones directas de que el CO₂ y el NH₃ pueden desplazarse con notable eficiencia a −193 °C cuando existe una red porosa que lo favorece.
Curiosamente, no se detectaron intermediarios como el ácido carbámico, algo que encaja con los modelos teóricos: la presencia de múltiples moléculas de NH₃ o de sitios activos del mineral reduce la energía necesaria para formar directamente el carbamato, evitando pasos intermedios.
Implicaciones para el origen de la vida y la astroquímica moderna
El interés del resultado va más allá de esta reacción concreta. En el espacio, el CO₂ y el NH₃ son comunes en forma de hielo en las nubes densas donde se gestan las estrellas. Pero su proporción observada rara vez favorece la formación de carbamato de amonio cuando ambos están simplemente mezclados. ¿Cómo explicar entonces la presencia reciente de esta molécula en el disco protoplanetario d216-0939, detectada por el telescopio espacial James Webb?
La respuesta que sugiere este trabajo es que la arquitectura porosa del polvo es el ingrediente que faltaba. A lo largo de la evolución del medio interestelar, los granos tienden a agregarse formando estructuras cada vez más complejas. Durante ese proceso, superficies internas antes inaccesibles quedan expuestas a los hielos y permiten que las moléculas atrapadas en diferentes zonas acaben encontrándose al calentarse ligeramente durante la formación estelar.
El estudio traza así una posible secuencia cósmica:
1️⃣ Formación de hielos de CO₂ y NH₃ sobre granos de polvo en nubes interestelares frías.
2️⃣ Agregación de esos granos, creando estructuras porosas.
3️⃣ Calentamiento por la radiación de estrellas jóvenes.
4️⃣ Difusión de moléculas hacia el interior de los agregados.
5️⃣ Reacciones catalizadas por los minerales, que generan moléculas cada vez más complejas.
Este mecanismo podría ser aplicable a otras síntesis orgánicas, incluidas algunas que están en la base de la química prebiótica. La idea de que la complejidad orgánica surge en el hielo que recubre los granos es antigua; lo novedoso ahora es la dimensión catalítica del propio polvo mineral.
🗣️«Hemos demostrado que el polvo puede promover la química necesaria para construir compuestos orgánicos más complejos, incluso a temperaturas extremadamente bajas —asevera McCoustra—. Así podría ser como la naturaleza supera la dureza del espacio para poner en marcha la química que, en última instancia, conduce a la vida».
Nuevas preguntas para la ciencia: hacia moléculas más complejas
Como ocurre con los grandes resultados científicos, este estudio deja más preguntas que respuestas. ¿Podrán difundirse moléculas más grandes a través de las mismas redes porosas? ¿Qué papel juegan otros minerales, como el carbono amorfo o los silicatos con hierro? ¿Pueden estos procesos explicar la presencia de moléculas orgánicas complejas en meteoritos y cometas?
La maquinaria experimental está lista para explorar estas cuestiones, y los autores apuntan que extenderán el enfoque a nuevas combinaciones químicas.
Lo que sí parece claro es que el polvo cósmico —a menudo ignorado, siempre omnipresente— es algo más que un residuo del nacimiento y muerte de estrellas. Es un agente químico activo, un laboratorio microscópico que, grano a grano, fue tejiendo en la oscuridad las primeras piezas de la química que conduce a la vida.▪️
Información facilitada por la Universidad Heriot-Watt
Fuente: Alexey Potapov et al. Cosmic Dust as a Prerequisite for the Formation of Complex Organic Molecules in Space? The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae08ae
