Quan un verí construeix vida

Quan sentim la paraula cianur, pensem immediatament en una substància letal. Tanmateix, una de les seves formes més simples, el cianur d’hidrogen (HCN), ocupa un lloc privilegiat en els escenaris que intenten explicar l’origen de la vida. Aquesta petita molècula ha estat detectada en entorns interestel·lars, cometes i meteorits, i en astrobiologia es considera un dels ingredients més prometedors de la química prebiòtica. La seva extraordinària versatilitat química li permet actuar com a precursor de compostos molt més complexos, fet que l’ha convertida en una peça clau en els estudis sobre l’origen de la vida.

Bona part de l’interès per l’HCN es remunta als treballs pioners del bioquímic català Joan Oró. L’any 1961 va demostrar experimentalment que la polimerització d’aquesta molècula podia conduir a la formació d’adenina, una de les nucleobases que formen part de l’ADN i l’ARN. Aquell resultat va revolucionar els estudis sobre l’origen de la vida, ja que mostrava que una molècula tan simple com l’HCN podia donar lloc a un dels components bàsics del material genètic.

Però el descobriment també plantejava una pregunta fonamental: quin mecanisme podia impulsar aquesta química en els entorns on es troba l’HCN? Les regions on aquesta molècula és abundant solen caracteritzar-se per tenir temperatures molt baixes i densitats de matèria extraordinàriament reduïdes. En aquestes condicions, les col·lisions entre molècules són poc freqüents i moltes reaccions químiques resulten excessivament lentes. En particular, la polimerització de l’HCN a la fase gasosa requereix superar barreres energètiques massa elevades. Com es va poder activar, doncs, aquesta química essencial?

La resposta podria trobar-se en la pols còsmica. Entre els seus components més abundants hi ha els silicats, minerals que constitueixen una gran part dels grans sòlids presents en diferents entorns astrofísics. Lluny de ser simples superfícies inertes, aquests minerals poden actuar com a autèntics catalitzadors, és a dir, com a plataformes capaces d’accelerar reaccions que, d’altra manera, serien pràcticament impossibles.

El primer pas és l’adsorció de l’HCN sobre la superfície mineral. En minerals com la forsterita, un silicat ric en magnesi, les molècules d’HCN queden ancorades en punts reactius específics de la superfície. Aquesta immobilització augmenta la concentració local dels reactius, però el paper del mineral va encara més enllà. La superfície conté àtoms d’oxigen capaços d’arrabassar el protó (H) de la molècula d’HCN. El resultat és la formació d’un anió cianur, CN⁻, molt més reactiu que la molècula original.

Aquest detall és fonamental. La desprotonació transforma una molècula relativament estable en una espècie química amb una gran capacitat per formar nous enllaços. En certa manera, la superfície del silicat "activa" l’HCN i el prepara per participar en una química molt més rica. La presència simultània d’HCN i de CN⁻ sobre la superfície mineral crea les condicions ideals perquè s’iniciï la polimerització.

Una vegada coexisteixen aquestes espècies reactives, l’anió cianur pot reaccionar amb una molècula veïna d’HCN i formar el primer dímer estable de la sèrie. A partir d’aquí, el procés pot continuar amb la incorporació successiva de noves molècules d’HCN, generant trímers, tetràmers i altres intermedis cada vegada més complexos que constitueixen els precursors directes de l’adenina.

Per entendre aquests processos amb detall, els experiments de laboratori no sempre són suficients. Aquí entren en joc les simulacions atomístiques basades en la química quàntica. Mitjançant superordinadors és possible reconstruir virtualment les superfícies minerals i seguir el moviment de cada àtom durant una reacció química. Aquestes simulacions permeten identificar quins mecanismes són viables, determinar les barreres energètiques que cal superar i calcular la velocitat amb què poden produir-se les reaccions en condicions astrofísiques.

Gràcies a aquestes eines, avui podem explorar processos que tenen lloc en entorns inaccessibles i en escales temporals impossibles d’observar directament. Les simulacions suggereixen que els silicats presents en la pols còsmica no són simples espectadors de la història química de l’Univers. Podrien haver actuat com a autèntics reactors microscòpics capaços de transformar una molècula tan simple com l’HCN en els primers maons moleculars de la vida. Paradoxalment, una substància que a la Terra associem amb la toxicitat podria haver estat una de les protagonistes dels primers passos químics que van conduir a l’aparició de la vida.