EL FÓSFORO DE LA VIDA, NACIDO ENTRE LAS ESTRELLAS

El fósforo escasea en el cosmos. En la atmósfera del Sol hay unos 3 átomos de fósforo por cada 10 millones de átomos de hidrógeno, aproximadamente cien veces menos que átomos de azufre. Sin embargo, la vida no puede prescindir de él: los fosfatos son esenciales para el ADN y el ARN, portadores de la información genética, para el ATP y para los fosfolípidos.

Cómo llegó el fósforo a estar disponible para la primera química de la vida sigue siendo una pregunta abierta. Una pista que citan los autores: en las muestras traídas del asteroide Ryugu se encontraron granos inusualmente ricos en fósforo, a diferencia de los de otros meteoritos, un indicio de que las rocas espaciales podrían haber aportado fósforo a la Tierra primitiva.

Una lista corta de moléculas

Los radioastrónomos han identificado más de 40 moléculas que contienen azufre en el espacio interestelar. Para las moléculas que enlazan fósforo y carbono, la lista se detiene en tres: CP, CCP y HCP, todas halladas en las envolturas de estrellas viejas ricas en carbono, más una detección provisional. Los químicos han propuesto muchas candidatas más complejas, pero se sabe poco de cómo se forman y se destruyen.

En las nubes difusas de gas, el fósforo existe sobre todo como ion positivo, P⁺. Una reacción parecía especialmente prometedora: el encuentro de P⁺ con el acetileno (C₂H₂), una molécula de carbono común. Su única medición data de 1989–1990, a temperatura ambiente, y las bases de datos de astroquímica suponen sin más la misma velocidad a cualquier temperatura. Un cálculo de 2012, por su parte, predecía una velocidad diez veces menor. Algo no cuadraba.

Iones contra acetileno en SOLEIL

Matteo Michielan, Daniela Ascenzi (Universidad de Trento, Italia), Alexandre Zanchet (CSIC, Madrid) y sus colegas de Francia, España y Chequia volvieron al laboratorio. En el sincrotrón SOLEIL, cerca de París, produjeron iones de fósforo rompiendo moléculas de tricloruro de fósforo con luz ultravioleta y eligiendo la energía con cuidado para que solo se formaran iones en su estado de menor energía, una elección que verificaron con una reacción de prueba aparte.

Después guiaron los iones a través de una celda de acetileno a muy baja presión, de modo que cada ion chocara como mucho una vez, y contaron los productos con espectrómetros de masas, a energías de colisión de 0,1 a 10 electronvoltios. Cálculos de química cuántica y un modelo mejorado de cómo se atraen los dos participantes completaron el cuadro.

Un producto domina

A baja energía:

• el 99 % de las reacciones produce el ion HCCP⁺ más un átomo de hidrógeno;
• el 1 % produce CCP⁺ más una molécula de hidrógeno, diez veces más de lo que predecía el cálculo de 2012.

El canal CCP⁺ ni siquiera debería estar abierto para iones en su estado magnético de «espín» habitual. Su presencia muestra que la pareja en colisión puede invertir su espín durante el encuentro, un proceso llamado cruce entre sistemas (intersystem crossing). Los autores lo explican por complejos débilmente ligados que perduran lo suficiente para que se produzca la inversión, sobre todo a baja energía.

Un tercer producto descrito en 1989–1990, una molécula combinada, no apareció nunca. El equipo lo atribuye a la mayor presión de la técnica antigua y no espera encontrarlo en el espacio.

Más rápida en el frío

Al convertir sus mediciones en velocidades de reacción de 10 a 5000 kelvin, obtienen 1,1 × 10⁻⁹ cm³ por segundo a temperatura ambiente —cerca del valor antiguo—, pero una velocidad que aumenta al bajar la temperatura, hasta 1,3 × 10⁻⁹ a 10 kelvin, en lugar del valor constante utilizado hasta ahora. La razón: la distribución alargada de carga eléctrica del acetileno atrae al ion con más fuerza de lo que supone el modelo estándar. Proporcionan las fórmulas listas para incorporarlas a las bases de datos de astroquímica.

En torno a una vieja estrella de carbono

El equipo añadió la reacción a un modelo químico de IRC +10216, una estrella evolucionada y rica en carbono, rodeada de una envoltura donde se han detectado varias moléculas de fósforo. Los iones de fósforo viven sobre todo en las capas exteriores, y el acetileno en las interiores, pero se solapan a unos 3 × 10¹⁶ centímetros de la estrella. Allí, la reacción se convierte en la principal puerta de entrada a los iones que contienen fósforo y en la principal fuente de HCCP⁺. En las nubes interestelares, la captura de un electrón por HCCP⁺ podría dar después CP y CCP, dos de las tres moléculas ya observadas.

El modelo predice HCCP⁺ y CCP⁺ en cantidades comparables. Comprobarlo exigirá que los telescopios los encuentren y, antes, medir en el laboratorio sus firmas de radio, algo que, hasta donde saben los autores, nunca se ha hecho.