Articulos cientificos en español

Trabajos científicos en Español

César Menor Salván

Mayo 2015

Contenido El presente volumen incluye los trabajos publicados por el Dr. César Menor Salván en lengua

española en revistas con comité de revisión externo. No se incluyen los trabajos de divulgación

en mineralogía que, por su extensión, se incluyen en otro volumen.

© 2013 Real Sociedad Española de Químicawww.rseq.orgAn. Quím. 2013, 109(2), 121–129

Divulgación de la Química

Introducción ¿Qué es la vida? y ¿Cuál fue su origen? Cuando planteamos

estas preguntas, la respuesta que se suele dar a la segunda es: a) somos fruto de un diseño inteligente o b) los avances en química nos han llevado a resolver el problema: moléculas orgánicas en la Tierra primitiva se organizaron de tal modo que la vida emergió. La respuesta a) queda fuera del ámbito de la ciencia; la b) se ha ins-taurado, irónicamente, como una creencia popular, a pesar de que carecemos de una teoría sobre el origen de la vida. La obtención de esta teoría constituye un problema epistemológico cuya resolución podría considerarse, siendo optimistas, un trabajo en curso y que nos conecta con mi primera pregunta: ¿Qué es la vida?.

A pesar del avance de la biología molecular y la bioquími-ca, la vida carece de una definición formal, como ya sugería Wittgenstein,1 advirtiéndonos de que la definición de la vida desde la propia vida es inaccesible y la resolución de su enigma no compete a las ciencias naturales. Así, el intento de definición de vida se reduce a una mera caracterización fenomenológica que ha ido evolucionando conforme se iban desvelando sus mecanismos moleculares y se iba accediendo a una visión sisté-mica, que ahora forma parte de las ciencias de la complejidad.

Lazcano, una de las autoridades sobre biogénesis, suele referirse a la dificultad de definir la vida citando una frase de Nietzsche: “Hay conceptos que pueden ser definidos, mien-tras que otros sólo tienen historia”.2

Si citamos la réplica que Krosellek da a Nietzsche un siglo después: “Los conceptos como tales contienen historia, pero no tienen historia. Sólo pueden envejecer y afirmar algo que ya no sea acertado. Lo que cambia es el contexto”,3 el contexto en el que abordamos el problema de la biogénesis ha ido cambiando y, con él, nuestra estrategia para resolverlo. Así, hemos aprendido que la respuesta a ¿Qué es la vida? no puede expresarse, por lo que tampoco cabe expresar la pregunta, que reformulamos como ¿Qué características se encuentran en un organismo, de las que carece la materia inanimada?. Dado que no podemos investigar el origen de algo que no podemos definir, la pregunta ¿Cuál fue el origen de la vida? carece de sentido y se transforma en: ¿cómo se asociaron esas características en los objetos que llamamos organismos?.4 Como expresó Oparin,5 uno de los pioneros en el estudio de la biogénesis, “el problema de la naturaleza de la vida y el problema de su origen se han hecho inseparables”.

Una de las características que posee la vida tal como la conocemos es que se trata de vida química. Es, entonces, lógico afirmar que la química a nivel experimental juega un papel central en el proceso que nos llevará a obtener un modelo sobre la biogénesis. Este abordaje, que revisaremos en sus puntos fundamentales a nivel histórico, constituye la parte central del programa de investigación de la química prebiótica y la química de sistemas.

Reduccionismo químico Distribuyendo los fenómenos en niveles jerárquicos, el

reduccionismo consiste en tratar de explicar un fenómeno en un nivel superior mediante los fenómenos subyacentes. Una célula viva es un catálogo de moléculas orgánicas, por lo que, bajo el enfoque reduccionista, el estudio del origen de los componentes moleculares de la vida tal vez podría explicar-nos la biogénesis. Así, podemos centrar la investigación en la búsqueda de hipótesis comprobables acerca del origen de los precursores orgánicos de la célula y, una vez obtenidos éstos, crear un modelo para su organización.

Para encontrar las raíces de la biogénesis in situ mediante procesos químicos, a partir de precursores inorgánicos (abio-génesis) como contraposición a ideas creacionistas o basadas

C. Menor-Salván

Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)INTA-Ctra. Torrejón-Ajalvir km 4, 28850, Torrejón de ArdozC-e: [email protected]

Recibido: 30/03/2013. Aceptado 06/06/2013.

La química del origen de la vidaCésar Menor-Salván

Resumen: La biogénesis es una cuestión pendiente de respuesta por la ciencia actual y un tema apasionante por sus derivadas sociales y filo-sóficas. Dado que la vida tal como la conocemos tiene una base química, ésta ciencia ha jugado un papel esencial en la investigación de cómo los seres vivos surgieron en nuestro planeta. Este viaje a los orígenes ha llevado al nacimiento de nuevas ramas como la química prebiótica y la química de sistemas. En este artículo realizaremos un recorrido histórico y conceptual por la química de los orígenes de la vida.

Palabras clave: Abiogénesis, química prebiótica, química de sistemas, autocatálisis, origen de la vida.

Abstract: How life begun on Earth is one of the frontiers of modern science, with strong social and philosophical implications. In the interdisci-plinary approach to the biogenesis issue, the chemistry plays a central role. Also, the research in biogenesis leads to the emergence of the new branches prebiotic chemistry and systems chemistry. In this paper, we briefly review the chemistry involved in the study of the origins of life.

Keywords: Abiogénesis, prebiotic chemistry, systems chemistry, autocatalysis, origins of life.

mailto:[email protected]

122 César Menor-Salván

© 2013 Real Sociedad Española de Química www.rseq.org An. Quím. 2013, 109(2), 121–129

en la panspermia, debemos remontarnos al siglo XIX. Darwin propuso que la vida evolucionó partiendo de “una forma simple”, abriendo el concepto del primer ancestro común: la especie celular de la que han evolucionado todas a lo largo de la historia de la Tierra. Sin embargo, nunca abordó la cues-tión de cómo surgió esa primera forma simple, delineando la idea del origen químico de la célula en una carta escrita en 1871 al botánico J. Hooker, en la que propone que la acción de fuentes de energía en una solución con precursores inorgánicos, como amoniaco y fosfato, pudo conducir a la primera forma viva.6 Fueron los biólogos Haeckel y Huxley quienes comienzan a elaborar esta idea, proponiendo que la célula puede reducirse a una mezcla química, denominada protoplasma, que pudo generarse por combinación de deri-vados orgánicos formados a partir de dióxido de carbono o nitrógeno.7 El investigador mexicano Herrera, desde finales del siglo XIX hasta los años 40 del siglo XX, lleva a cabo un abordaje experimental de su teoría de la plasmogénesis, primero con emulsiones de hidrocarburos, para modelizar el comportamiento de las estructuras celulares. Después sinteti-zó materiales poliméricos de color intenso a partir de mezclas de formaldehído y tiocianato amónico, que tomó erróneamen-te como pigmentos fotosintéticos, sugiriendo que el primer ente biológico pudo ser fotoautótrofo.8

Más influyente en el desarrollo de la química de la bio-génesis fue el escenario propuesto independientemente por Oparin9 y Haldane.10 Aunque hay algunas diferencias entre los dos planteamientos, la base de este escenario, llamado la teoría de la sopa prebiótica, es la síntesis de compuestos orgánicos a partir de una atmósfera reductora. La concentra-ción de estos compuestos orgánicos en agua líquida pudo dar lugar a los coacervados, precursores de la primera célula. Esta primera célula sería heterótrofa, es decir, utilizaría los compuestos orgánicos generados abióticamente como pri-mer alimento. Los coacervados son acúmulos con algunos atributos de las células, como la capacidad de crecimiento y la absorción de material orgánico de su entorno. Si bien el planteamiento de la fase final del proceso que conduce de los coacervados al protobionte está poco definido, en coherencia con la época (la propuesta de un primer organismo heteró-trofo, por ejemplo, era lógica, dado el limitado conocimiento de la bioquímica de las vías autótrofas) y responde más a un impulso por dar una explicación materialista del origen de la vida que por buscar una verdadera teoría, la fase inicial invita a la experimentación. Esta surgió gracias al modelo de Urey de una atmósfera reducida de la Tierra primitiva, rica en meta-no, amoniaco e hidrógeno, que motivó el célebre experimento de Miller11 (ver apartado siguiente).

El planteamiento de Oparin-Haldane-Urey-Miller, nos lleva a definir la química prebiótica como una rama de la quí-mica orgánica basada en la búsqueda de síntesis robustas de los “ladrillos” moleculares de la célula (aminoácidos, meta-bolitos simples, lípidos, azúcares, purinas y pirimidinas). Una diferencia importante entre la síntesis orgánica y la química prebiótica es que, en este caso, las reacciones se consideran exitosas aun con rendimientos ínfimos para lo habitual en sín-tesis y se basan en simulaciones de ambientes plausibles desde un punto de vista geoquímico o astroquímico. La química pre-biótica nos muestra una sorprendente coincidencia entre los componentes orgánicos obtenidos en diferentes simulaciones

geoquímicas, los que componen nuestro catálogo molecular básico, y los observados en astroquímica y meteoritos ricos en materia orgánica (condritas carbonáceas).12 En palabras de Eschenmoser,13 “la coincidencia apoya fuertemente la noción de una simplicidad intrínseca en la generación de los ladrillos moleculares de la vida”.

Este material, originado en una variedad de condiciones ambientales, ¿es relevante en el proceso de abiogénesis?, ¿puede implicar que la bioquímica tal como la conocemos es universal? o ¿fueron posibles varios orígenes de la vida diferenciados? Carecemos de respuesta, lo que implica que el gran problema al que se enfrenta la química prebiótica es el salto entre un sistema multicomponente, en equilibrio o próximo al equilibrio termodinámico, y la bioquímica: un sistema altamente organizado que exhibe procesos de autoor-ganización molecular, homeostático y en un estado lejos del equilibrio, gracias a una intrincada red de obtención de ener-gía y de regulación.

Observada como sistema químico, las dos característi-cas fundamentales de la vida son, primero y en palabras de Bernal, que “la vida contiene un componente diferente de un sistema físico. Un componente histórico”.4 Este componente histórico, a nivel molecular, requiere de un replicador, que transfiera la información del sistema: los ácidos nucleicos (ADN y ARN). Segundo, que el sistema de replicación está soportado por una red química cooperativa y estable.

La necesidad de replicador nos lleva a una redefinición del concepto de estabilidad. A diferencia de una mezcla de hidrógeno y oxígeno, que es estable cinéticamente de modo estático, mientras no exista un factor externo que la active y la dirija hacia un estado de equilibrio termodinámico (formación de agua al reaccionar la mezcla de hidrógeno y oxígeno), un sistema vivo mantiene estabilidad cinética en condiciones lejanas al equilibrio termodinámico de modo dinámico. La caracterización de la vida como un sistema con estabilidad cinética dinámica fue elaborada por Pross,14 proponiendo que es la renovación de la población de moléculas replicativas la que mantiene la estabilidad cinética del sistema (como una carrera de relevos). En su búsqueda de la raíz molecular de la evolución biológica, Pross sugiere que el proceso evoluti-vo comienza cuando una entidad replicativa simple (que es posible que nunca identifiquemos) emerge en el mundo pre-biótico.15 Así, el proceso evolutivo se dirige hacia su máxima estabilidad cinética dinámica, ya sea un sistema no vivo (evo-lución química) o un sistema vivo (evolución darwiniana). La evolución a nivel químico es un proceso divergente en el que hay múltiples caminos para incrementar la estabilidad cinética dinámica del sistema. Esta divergencia conduce al incremento de complejidad, visto como el establecimiento de una red cooperativa de reacciones que mantiene al sistema en un estado estacionario: el metabolismo.16 Un sistema gober-nado termodinámicamente, por el contrario, es convergente y conduce a un estado único que Pross define como sumidero termodinámico. Si dividimos la vida en tres subsistemas: el subsistema replicativo (ácidos nucleicos), el subsistema metabólico y el subsistema de celularización (membranas), la idea de la acción cooperativa hacia la máxima estabilidad cinética, convierte en obsoleta la discusión clásica acerca de cuál fue el primer subsistema en establecerse.17 La única presencia de moléculas replicativas, como ARN, no conduce

123La química del origen de la vida


a un aumento de complejidad y no evoluciona hacia su mayor estabilidad cinética. Y un sistema de reacciones complejo, sin un sistema de replicación, no puede mantener su estabilidad cinética, entrando en el régimen termodinámico. Este hecho nos introduce en la diversidad funcional, subyacente a nivel molecular en una célula viva y que diferencia a un sistema químico con capacidad evolutiva.

En el núcleo de la propuesta de Pross se encuentra el concepto de autocatálisis, central para entender el funciona-miento de la vida a nivel químico y, por tanto, para entender su origen. La autocatálisis se puede definir como la catálisis de una reacción mediante uno o más de sus productos:

A B X ZX

+ +

Se puede experimentar un proceso de este tipo acercando un micrófono a un altavoz en el mismo sistema de sonido. El desagradable chirrido que se produce es resultado de la amplificación autocatalítica. En una célula, la generación de nuevas moléculas replicativas es autocatalítica, así como la reproducción de la membrana. Sin embargo, la autocatálisis no puede mantener estabilidad cinética por sí misma: una molécula de ácido nucleico autorreplicándose conduciría a un aumento parabólico de su concentración, de tener un aporte ilimitado de precursores.18 Pero estos subsistemas se encuentran integrados en una red autorregulada, que contiene un sistema metabólico cuyo núcleo es un sistema de ciclos de moléculas pequeñas, además de los sistemas formados por los componentes macromoleculares. Algunos son ciclos simples19 y podemos expresarlos de manera general como:

A X B X$+ +

Un ejemplo de ciclo simple es el ciclo de Krebs, en el que X es una molécula de oxalacetato, A es un grupo acetilo (acetil-coenzima A) y B es dióxido de carbono. El ciclo está presente, ya sea de forma cerrada o en forma abierta e incom-pleta, en todos los organismos vivos. Esta forma incompleta es útil en la generación de intermedios metabólicos y el estu-dio de la filogenia procariótica sugiere que pudo estar así pre-sente en los primeros organismos vivos.20 Esto es coherente con la idea que estamos estudiando, ya que para que el siste-ma se sostenga en estado cinéticamente estable, la estructura metabólica requiere de un núcleo autocatalítico, formado por ciclos que podemos expresar de modo general como:

A X B X2$+ +

Un ejemplo de este tipo es el ciclo de Krebs reverso, reductor o ciclo de Arnon, que forma parte del metabolismo autótrofo de ciertas bacterias y que pudo estar presente como mecanismo de fijación de carbono desde el primer ances-tro común.19 El ciclo fija el dióxido de carbono (A) como oxalacetato (X) (Esquema 1). La necesidad de un núcleo metabólico autocatalítico está bien establecida y es central en modelos teóricos acerca de la construcción del sistema vivo a nivel molecular, como la teoría del quimiotón de Gánti,21 la autopoyesis de Maturana y Varela,22 y la moderna teoría de sistemas (M,R) de Rosen.23 Los ciclos metabólicos de fijación de CO2 en nuestro planeta y responsables de toda la biomasa

existente, son seis: el ciclo de Arnon, el ciclo de Calvin-Benson, el ciclo del dicarboxilato/hidroxibutirato, el ciclo del 3-hidroxipropionato, el bi-ciclo del 3-hidroxibutirato y la ruta de Wood-Ljungdahl.24 Es interesante que, salvo el ciclo de Wood-Ljungdahl, el resto son autocatalíticos y todos incluyen pasos o componentes relevantes desde el punto de vista de la química prebiótica.

O O

OHO

HO

Ácido Oxalacético

OH

O

HOO

OH

Ácido Málico

O

OHO

HO

Ácido Fumárico

O

OHO

HO

Ácido Succínico

O

SO

HO

Succinil-tioaéster

O

OH

O

HOO

Ácido a-cetoglutárico

HO

O

HO

O OHO

OH

Ácido Isocítrico

HO

OOH

O OH

O

HO

Ácido Cítrico

CO2

CO2

H2O

FeS

FeS

HS R

R

HS R

HS R

S R

OCO2

O

O

OH

Ácido Pirúvico

FeS

PPi

PPi

CO2

Esquema 1. Esquema simplificado del ciclo de Arnon o ciclo de Krebs inverso. FeS designa los enzimas que implican clusters de hierro-azu-fre, cuyo papel en la biogénesis pudo ser fundamental. Este ciclo pudo ser el núcleo metabólico primordial en los primeros pasos de la vida.

El proceso evolutivo comienza con el establecimiento de una red: un producto de un ciclo autocatalítico se inte-gra en otra reacción sucesiva y esta subred se integra con los subsistemas de replicación o compartimentalización (Figura 1). La aparición de la catálisis cruzada, la retroali-mentación y la autocatálisis reflexiva (debida a la red en su conjunto más que debida a reacciones individuales) parecen ser los pasos básicos. Pero ¿cómo tuvo lugar la formación del primer sistema químico con capacidad evolutiva? ¿Qué catalizadores permitieron el nacimiento de una red autoca-talítica y cómo se originaron? La bioquímica se sustenta en los enzimas, pero no podemos responder a la cuestión de cómo se llegó a nuestro sistema enzimático. Sin embargo, existen diversas propuestas basadas en la deconstrucción de la bioquímica actual. Por ejemplo, llama la atención el hecho de que la promiscuidad catalítica de los enzimas implicados en el metabolismo central es mayor que en el metabolismo secundario, considerado un producto biológico.25 Además, el metabolismo central esta conservado a lo largo de toda la evolución y para autores como Harold Morowitz, estos hechos nos dan una pista básica acerca de la biogénesis, proponiendo que ciclos como el de Arnon son fósiles vivien-tes que constituyen una prueba en sí mismos de cuál fue el primer paso de la vida. Así, es posible que el metabolismo se inicie en un pequeño repertorio de enzimas sencillas poco específicas y/o dotadas de promiscuidad que dieron lugar al núcleo del sistema.



Análogamente, la importancia de cofactores basados en complejos de metales de transición, cuya existencia pre-biótica es plausible, y en heterociclos nitrogenados puede indicar un origen prebiótico para ellos. La conexión entre las estructuras químicas de muchos cofactores heterocíclicos y los nucleótidos con los que se construyen los ácidos nucleicos podría sugerir un escenario común en su origen.26

Hablando sobre las dificultades para definir un modelo sobre el origen de la vida basado en un protometabolismo, Orgel señala que si encontramos un sistema de ciclos análogo a un metabolismo, que pudiera haber operado en la Tierra prebiótica y que pudiera generar nucleótidos, la mayor parte de los obstáculos para la construcción de un modelo sobre la abiogénesis desaparecerían.27

El reduccionismo de la química prebiótica y su visión no evolutiva de la abiogénesis, nos ha permitido averiguar cómo se forman los componentes, pero no da pistas para la comprensión de cómo emergen las propiedades del sistema vivo. Para alcanzar una visión holística, surge la química de sistemas,28 cuyo objetivo es la búsqueda de los primeros ciclos autocatalíticos prebióticos y la integración de los subsistemas metabólico, replicativo y celular en el origen de la vida, buscar la raíz química de la evolución darwiniana y el origen de las propiedades exclusivas de la vida como sistema químico:• Estabilidad cinética dinámica y diversidad funcional, sus-

tentadas por una red química autocatalítica.

• Teleonomía, entendida como intencionalidad orientada al mantenimiento de la estabilidad cinética, y, en consecuen-cia, falta de finalidad del sistema (en términos aristotéli-cos, presenta causa eficiente pero carece de causa final).

• Ruptura de la simetría enantiomérica (homoquiralidad) y de la simetría espacial (inhomogeneidad física y química).

• Sistema lejos del equilibrio termodinámico.

Dos reacciones químicas inspiradoras

Es curioso que las dos reacciones químicas que revolucio-naron el estudio de la abiogénesis, no tengan conexión con la bioquímica y los componentes químicos implicados no tienen relación alguna con la química prebiótica. Sin embargo, posi-blemente sean dos de las reacciones químicas más importan-tes del siglo XX y sin duda han contribuido decisivamente al nacimiento de la moderna química de sistemas y al estudio del origen de la vida: la reacción de Belousov-Zhabotinsky (BZ) y la reacción de Soai.

La primera de ellas, desarrollada por el bioquímico sovié-tico Belousov en 195129 en su búsqueda de un análogo in vitro del ciclo de Krebs, consiste en la oxidación del ácido malónico por bromato, catalizada por cerio:

BrO CH COOH H BrCH COOH CO

H O

2 3 2 2 3

4

3 2 2 2 2

2

"+ + +

+

- +_ _i i

Esta ecuación es la suma de una red de unas 18 reacciones acopladas con un motor autocatalítico:

Ce BrO HBrO H Ce HBrO H O2 3 2 233 2

42 2"+ + + + ++ - + +

Si se llava a cabo la reacción sin agitar, en una placa Petri y añadiendo un indicador rédox (ferroína), rojo en presencia de Ce(IV) y azul en presencia de Ce(III), se observa la forma-ción de un patrón de bandas (Figura 2). Este patrón muestra una ruptura de la simetría espacial: desaparece la homogenei-dad química de la disolución, con la aparición espontánea de morfología y cooperatividad a nivel molecular: orden. Esta aparente contradicción con la termodinámica del equilibrio se resuelve considerando que el sistema está lejos del equili-brio y da lugar a la formación de lo que Prigogine denominó estructura disipativa:30 un orden que surge de la fluctuación, temporal, dinámico y que se mantiene mientras disipa energía

Química AtmosféricaHCN y derivados

Compuestos simples de carbono y nitrógeno

Química PrebióticaNuevas moléculas orgánicas

Catalizadores

AstroquímicaMoléculas orgánicas aporta-das por meteoritos y cometas

Replicador

Autocatálisis(protometabolismo)

Membrana

InhomogeneidadHomoquiralidad

Diversidad funcionalCatálisis cruzada

Protobionte

ProgenotaEvolución Biológica

Evolución Química

FaseT

FaseK

GeoquímicaMetales, fósforo, azufre.

Condiciones fisicoquímicas

Figura 1. Posibles fases en el origen de la vida celular. La fase T representa la zona de estabilidad termodinámica. En la fase K aparecen los sistemas lejos del equilibrio y se corresponde con la fase de estabilidad cinética dinámica. La gran cuestión pendiente de la abiogénesis es cómo sobrepasar la barrera entre las dos fases: de un sistema de reacciones multicomponente en equilibrio a una red cooperativa lejos del equilibrio.



química. ¡La reacción BZ nos estaba mostrando una de las características químicas de la vida!.

La segunda reacción fue desarrollada por el grupo del químico japonés Soai en los años 1990.31 Consiste en la síntesis autocatalítica de 5-pirimidin-alcanoles por adición de diisopropilzinc a pirimidin-5-carbaldehídos (Esquema 2). Si se inicia utilizando un 5-pirimidil-alcanol quiral con un leve exceso enantiomérico, conduce a un producto prácticamente homoquiral, en un proceso de amplificación de la fluctuación previa. Estamos ante otro caso de ruptura de simetría provo-cado por un sistema autocatalítico y otra de las características químicas de la vida. Estas reacciones llevaron a pensar que las propiedades de la vida, como la homoquiralidad, la teleono-mía o la diversidad son propiedades emergentes: propiedades que surgen asociadas a la complejidad del sistema.

N

N

O

H

R+

Zn N

N

OH

R

N

N

OH

R

ee = 0.0005%

ee = 99.5%

Esquema 2. Reacción de Soai. Amplificación autocatalítica de un pequeño exceso enantiomérico (ee) previo del producto.

Sin embargo, no tenemos evidencias experimentales que expliquen el origen de la homoquiralidad biológica y aún tenemos que encontrar pruebas que de que la vida es una propiedad emergente, es decir, que pueda surgir de un sistema químico complejo basado en la autocatálisis.

Química prebiótica: la química del triple enlace del carbono

La química prebiótica comenzó como tal en el año 1953, cuando Miller simuló la que, según los modelos de la época, era la atmósfera terrestre antes del origen de la vida, hace más de 4000 millones de años: una mezcla de metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua. Sometió la atmósfera a descargas

eléctricas (Figura 3), simulando las tormentas, obteniendo una abundante cantidad de materia orgánica. La mayor parte de la materia orgánica obtenida de este modo es un material macro-molecular, muy variable, estable químicamente, llamado tho-lin.32 Sin embargo, Miller separó por cromatografía en capa fina una serie de aminoácidos, sobre todo glicina y alanina.

Figura 3. Experimento de Miller modificado. Las descargas a través de la “atmósfera” hacia el “mar” provocan la acumulación de materia orgánica en el agua.

Análisis realizados con medios modernos muestran que en los experimentos basados en el diseño de Miller se genera una nutrida biblioteca de aminoácidos e hidroxiácidos. La clave de la reacción es el cianuro de hidrógeno (HCN), pro-ducido en gran cantidad en las atmósferas ricas en metano y nitrógeno. La formación de los aminoácidos e hidroxiácidos tiene lugar por la síntesis de Strecker y la vía de la cianhidrina (Esquema 3).33

CH4 NH3H2O (g)

+ +

Descargaseléctricas

H

O

R+ HC N

NH3

NH2

R

O

OH

a-aminoácidos

NH2

R

a-aminonitrilos

NH2O

H2O

OH

R

cianhidrinas

N

OH

R

O

OH

a-hidroxiácidos

H2O

H2

Esquema 3. Síntesis de Miller de aminoácidos e hidroxiácidos.

Poco tiempo después, en la década de 1960, tres experi-mentos demostraron que el origen prebiótico de las bases nitro-genadas del ARN también es plausible: la síntesis de adenina de Oró y Kimball34 a partir de cianuro amónico, la síntesis de Ferris-Orgel35 de adenina por polimerización de HCN indu-cida por rayos ultravioletas, y la reacción de Ferris, Sanchez

Figura 2. Ruptura espontánea de la homogeneidad: formación de pa-trones de bandas durante la reacción BZ.



y Orgel,36 entre cianoacetileno (posiblemente presente en la atmósfera primitiva) y urea para producir citosina (Esquema 4).

Estas reacciones dieron un papel esencial al HCN en el estudio de la biogénesis, a pesar de las críticas a este tipo de experimentos, centradas en la dificultad geoquímica para lograr suficiente concentración de los reactivos y en acceder a la fase cinética de la biogénesis (Figura 1). Gran parte del esfuerzo pos-terior se centró en superar las dificultades conceptuales y extender las posibilidades sintéticas del cianuro. Su interés sigue vigente, tanto desde el punto de vista de la biogénesis como el de la quími-ca de objetos del Sistema Solar, gracias a trabajos recientes, como el del grupo de Saladino y Di Mauro, en el que demuestran que la formamida, que se puede generar por hidrólisis del HCN, es un precursor prebiótico de nucleobases y aminoácidos, en especial con el concurso de catalizadores minerales.37

N

cianoacetilenoN

OHN NH2

citosina

H2N

O

NH2

urea

N

N

NH2

N

HN

HC N

N N

H2N NH2

diaminomaleonitrilo adenina

H2O

4x HC N

Esquema 4. Síntesis de citosina de Ferris, Sánchez y Orgel y síntesis de Oró y Ferris-Orgel de adenina por polimerización de HCN.

En el español Centro de Astrobiología,38 demostramos que la urea, que puede generarse en importantes cantidades a partir de los tholines,39 es un eficaz precursor de purinas y pirimidinas en hielos bajo atmósferas ricas en metano. La síntesis prebiótica de las bases nitrogenadas estaba superada, pero la dificultad, sostenida 40 años, para encontrar la síntesis de los primeros nucleótidos, hizo surgir la necesidad de revi-sar la idea de un origen prebiótico para los ácidos nucleicos. Idea, sin embargo, revitalizada gracias a un experimento publicado en 2009 por el grupo de Sutherland,40 en el que obtienen directamente un nucleótido, la citidina-5’-fosfato, a partir de precursores prebióticos sencillos (Esquema 5).

La relevancia del triple enlace C≡N ha sido demostrada y sigue vigente, sobre todo gracias al papel del HCN en astroquímica. Sin embargo, el enlace C≡C ha tenido un papel secundario en la química prebiótica. Moléculas altamente insaturadas, como el acetileno, se producen por irradiación de atmósferas con metano y nuestro grupo ha demostrado que, mediante irradiación ultravioleta, el acetileno puede ser un eficiente precursor de purinas y pirimidinas, en un ambiente a baja temperatura.41 Este modelo de baja temperatura es relevante para entender la química presente en Titán, una de las lunas de Saturno, y el satélite joviano Europa, lugares en los que parece claro que coexisten el agua líquida y el hielo. También pudo ser clave en un posible periodo frío de la Tierra primitiva, durante el Hadeano (hace unos 4000 millo-nes de años), según algunas hipótesis, que sugieren que la vida tuvo que surgir en un momento lo suficientemente frío como para asegurar la estabilidad de los recién formados ARN y membranas. Uno de los productos formados por irradiación ultravioleta de acetileno es el ácido glioxílico. Esta molécula puede ser un precursor prebiótico importante, como Eschenmoser propone en su “escenario del glioxilato”. En este escenario (Esquema 6) el glioxilato y su dímero, el dihidroxifumarato, pueden ser los precursores de azúcares, aminoácidos, bases nitrogenadas y componentes del metabo-lismo intermediario, bajo una clave conceptual que sobrepasa la química prebiótica clásica: constituir el primer paso en el origen del primer sistema bioquímico.

En busca del origen de la bioquímica Durante más de un siglo, el único ciclo experimental

abiótico y autocatalítico en el estudio de la biogénesis fue la síntesis de Butlerov o reacción de la formosa,42 que consiste en la polimerización del formaldehído a pH básico para for-mar azúcares (Esquema 7). La reacción es autocatalítica en su primer paso, la formación de glicolaldehído, que actúa como activador y catalizador.

PIRIMIDINAS

PURINAS

O

NH2

Formamida

HD

Minerales

HCN

NCianoacetileno

CH4 + N2

ON

Cianoacetaldehido

H

H2O

H2N

O

NH2

Urea

H2N

O

NH2

Urea

Hielo-agua

Hielo-agua

H2O

C2H2

Tholines

DescargaselectricasUltravioleta

AminoácidosH2ONH3

O

O

OHAcido

Glioxílico

H2O

Azúcares

NH2N

Cianamida

OHO

Glicolaldehído

Pirimidinnucleótidos

O

HH

UV

UV

Esquema 6. Mapa de las rutas principales de la química prebiótica basada en el triple enlace del carbono.

NH2N

CianamidaOH

O

Glicolaldehído

+

O

O

N

NH2

HO

HO

O

O

N

N

HO

HO

NH2

HO

O O

O N

O N NH2

PO OH

N

Cianoacetileno

Fosfato

Citidina5 -fosfato´-

Esquema 5. Síntesis prebiótica de un nucleótido de citosina.



Esta reacción fue descubierta casualmente por Butlerov a finales del siglo XIX, debido a que utilizó formaldehído impuro en un experimento sobre la reacción de Cannizzaro; la presencia fortuita de glicolaldehído derivó en una serie de tetrosas, aldopentosas y hexosas, entre otros compuestos. Al llevar a cabo la reacción en solución acuosa, la degradación de los azúcares es muy rápida, dando lugar a hidroxiáci-dos y un rendimiento muy bajo en pentosas y hexosas. Sin embargo, en un interesante experimento llevado a cabo por el grupo de Davis,43 se demuestra que si llevamos a cabo la reacción de Butlerov encapsulada en liposomas, en los que la difusión de los azúcares a través de la membrana (previa formación de complejo con borato) actúa como regulador, el rendimiento en la formación de aldopentosas aumenta significativamente. Este experimento tiene dos lecturas: ejemplifica la fuerza de la unión de un núcleo autocatalítico con un medio de control y un sistema de encapsulamiento y, por otro lado, muestra una interesante preferencia por las pentosas. ¿Es posible que el papel de la ribosa (una pentosa) del ARN sea jugado por ésta debido a la preferencia en su síntesis prebiótica?

OHO

Glicolaldehído

OH

HO O

GiceraldehÍdo

OOH

OH

OH

Tetrosa

O

HH2x

O

HH

O

HH

OHO

OOH

OH

OH

OH

Pentosa

O

HH

Esquema 7. Reacción clásica de la Formosa o de Butlerow.

Morowitz44 sugiere que el encapsulamiento (celulariza-ción) debe ser un paso temprano en el origen de la vida y es posible que, previamente a la primera célula, no hubiera un sistema protometabólico aislado ni una molécula replicadora sin los otros subsistemas, sino una protocélula.

La capacidad de auto-reproducción de las vesículas lipí-dicas fue puesta de manifiesto por el grupo de Luisi con un experimento sencillo:45 la hidrólisis de anhídridos de ácidos grasos, como los de los ácidos caproico u oleico, es muy lenta debido a su insolubilidad; pero si se hidroliza el anhídrido en presencia de vesículas formadas por su ácido, la hidrólisis es muy rápida y tiene lugar el auto-ensamblado y la replicación de las vesículas siguiendo un mecanismo autocatalítico.

Este resultado llevó a sugerir que una primera protocé-lula con capacidad reproductiva se puede conseguir con una maquinaria de síntesis de precursores de la membrana, encap-sulada en vesículas lipídicas. Así, surge un nuevo programa de investigación en biogénesis destinado a crear células artifi-ciales y modelos de protocélulas que han ido mostrando resul-tados prometedores46 y que se integra en la biología sintética.

¿Cuál pudo ser el motor autocatalítico en torno al cual se organiza el sistema bioquímico? Para Morowitz,47 el metabo-lismo intermediario transporta en sí mismo una información que debería poderse trazar hasta el protometabolismo: un

sistema metabólico autótrofo basado en el ciclo de Krebs inverso y en la energía química aportada por el pirofosfato. La paradoja es que se requieren enzimas para producir el sistema metabólico y, a su vez, se requiere éste para producir los enzimas. Esta paradoja podría resolverse utilizando como catalizadores a complejos de metales de transición junto con catalizadores orgánicos de baja especificidad. Esta aproxima-ción, basada en la bioquímica comparada, se conecta con la de De Duve,48 que propone un metabolismo preparatorio o protometabolismo, basado en la formación de los multíme-ros, estructuras poliméricas de naturaleza peptídica y baja especifidad, como catalizadores en un sistema dominado por la química de los tioésteres, (fundamentales en el metabo-lismo, como el acetil coenzima A), en una forma primordial del ciclo de Krebs. Sin embargo, para De Duve, el proceso evolutivo comienza con la formación del RNA, con lo que el metabolismo preparatorio debe ser robusto en las condiciones ambientales originarias. Esta idea es interesante desde el punto de vista de la universalidad bioquímica: el metabo-lismo preparatorio de De Duve no da lugar a catalizadores ni a un núcleo metabólico concreto entre muchos caminos divergentes, sino que está constreñido por las limitaciones de las reglas químicas, con lo que las estructuras peptídicas, el metabolismo central y los primeros ácidos nucleicos son la única alternativa químicamente viable.

Durante la última década, la hipótesis de un ori-gen quimioautotrófico del metabolismo, elaborada por Wächtershäuser49 ha ganado interés. Influido por la filosofía de la ciencia de Popper, de quien fue alumno, Wächtershäuser observó que el planteamiento epistemológico de la química prebiótica era erróneo y no podría conducir a enunciar una teoría de la abiogénesis, sino a una mera acumulación de sín-tesis de aminoácidos y otras moléculas, basadas en justifica-ciones geoquímicas y astroquímicas. Como alternativa, plan-tea una hipótesis según la cual el protometabolismo se inicia mediante la fijación reductiva del carbono en superficies de sulfuros metálicos en un entorno hidrotermal, asociado a actividad volcánica. El impulso energético y reductor podría haber sido la reacción de formación de pirita:

FeS + H2S " FeS2 + H2 + calor

Los sulfuros de hierro favorecerían la formación de meta-notiol a partir de CO o CO2. La carbonilación del metanotiol produciría el metiltioacetato, el análogo más simple de la ace-til coenzima A, que alimentaría una forma primitiva del ciclo de Krebs inverso (Esquema 8). Las ideas de Wächtershäuser se consideraron provocativas; sin embargo, poco a poco las evidencias experimentales han mostrado que su propuesta es plausible, aunque el paso primordial de reducción de CO2 no ha podido demostrarse. Wächtershäuser cierra el círculo, posteriormente, incorporando el HCN en el conjunto de su modelo, en forma de complejos con metales de transición (Co y Ni), como fuente de carbono. Propone que las metaloenzi-mas de la bioquímica actual son reminiscencias del pasado prebiótico, en el que su papel lo jugaban complejos metálicos, que incluían complejos cianurados y complejos organome-tálicos, en superficies de minerales. La formación de catali-zadores formados por complejos organometálicos lleva a un proceso autocatalítico denominado aceleración de ligandos



que conlleva la expansión del sistema orgánico.50 Así, un medio hidrotermal rico en metales de transición y usando como nutrientes de un carbono a los óxidos de carbono, COS, HCN, y CH3SH podría haber sido el escenario del origen del metabolismo celular.

CO2H2

FeS/FeS2

CH3SH FeS /FeS2S

OCO

Esquema 8. Propuesta inicial de Wachtershauser, comprobada expe-rimentalmente. El tioéster podría servir de puerta de entrada al pro-tometabolismo.

Si el papel del sulfuro de hierro fue visto por Wächtershäuser por deconstrucción de la bioquímica, el modelo quimioautótrofo que Russell comenzó a elaborar en los años 199051 observa al sulfuro de hierro, además, bajo una perspectiva químico-física e incorpora un sistema de celularización y de generación de gradientes, esencial en el mantenimiento de una estructura disipativa y, por tanto, de un sistema metabólico. El contacto entre un fluido de una surgencia hidrotermal submarina, a pH elevado y rico en sulfuro y otras moléculas reducidas, con el agua de mar, a pH bajo, rica en hierro y otros metales lleva a la precipitación de la mackinawita (sulfuro ferroso). El precipitado, coloidal o membranoso contiene complejos metálicos y clústers Fe-S similares a los que se encuentran en metaloproteínas actua-les, en particular a las ferredoxinas. En este medio, propone Russell, es donde tiene lugar la reducción de CO2 por una vía análoga a la ruta de Wood-Ljundahl, gracias a la energía proporcionada por la disipación del gradiente electroquími-co a ambos lados de la membrana. Las proto-ferredoxinas, complejos solubles hierro-azufre estabilizados con ligandos orgánicos, como tioles alquílicos, podrían promover reaccio-nes clave en el desarrollo de un sistema proto-metabólico, como por ejemplo la fijación de carbono mediante carboxi-lación reductiva. Si bien se discute la viabilidad geoquímica del modelo de Russell, constituye un sistema prometedor si consigue acumular evidencias experimentales de que pue-den alcanzarse condiciones lejos del equilibrio, procesos de autoorganización y expansión de la diversidad de moléculas orgánicas a partir de CO2. El posible papel de los sulfuros metálicos en el origen del metabolismo ha inspirado diversas aproximaciones experimentales, cuyos resultados invitan a seguir explorando esta vía. Actualmente, nuestro grupo de investigación estudia el potencial de sulfuros de hierro redu-cidos naturales (como la pirrotita) para promover reacciones relevantes en el protometabolismo y sabemos que puede indu-cir la carboxilación reductiva de un tioester (como análogo prebiótico del acetil-Coenzima A) a piruvato, actuando como una proto-ferredoxina.52

La lucha por entender el origen del subsistema metabóli-co se une al trabajo realizado para entender el origen de los componentes macromoleculares de la célula, como péptidos y ácidos nucleicos, aún en un estado temprano de desarrollo experimental y cuyo tratamiento excede el propósito del pre-sente trabajo.

A pesar de los avances expuestos, apenas podemos res-ponder a la mayor parte de las preguntas en torno a la biogé-nesis, como por ejemplo cual fue el papel del fosfato, cómo se originaron las primeras membranas lipídicas, cual es el origen de la homoquiralidad biológica o si el primer metabolismo fue quimioautótrofo, fotoautótrofo o heterótrofo. ¿Es posible que la química experimental pueda acercarnos a la respuesta al misterio de la biogénesis? No por sí sola, pero aún necesi-tamos trabajar más para saber si la respuesta se halla dentro del laboratorio.

Conclusiones Es una posibilidad a considerar que la comprensión del

origen de la vida no sea accesible a través de la química experimental y ya tenemos claro que la resolución de esta cuestión pasa por abandonar el reduccionismo y dirigirnos hacia un enfoque sistémico y transdisciplinar que engloba múltiples campos. A pesar de ésta limitación, la investigación de la abiogénesis nos ha permitido obtener una perspectiva global de la base química que sustenta la célula viva, modelar nuestra visión filosófica de la vida, comprender la naturale-za de la vida como fenómeno, nos permite entender mejor la química de lugares fuera de la Tierra y ha dado lugar al nacimiento de nuevas ramas, como la química de sistemas. El problema de la vida y su origen pone a prueba los límites de nuestra metodología de pensamiento científico y es en el viaje hacia su resolución donde encontramos su mayor aporte para el pensamiento humano, independientemente de dónde o cuando se encuentre ésta.

AgradecimientosA Isabel Robledo, por su asistencia en la preparación del

manuscrito y a los revisores anónimos, cuyos interesantes comentarios invitan a escribir mas. Sería justo agradecer al SEPE (Servicio Público de Empleo Estatal) su subsidio de desempleo, sin el que no habría sido posible este trabajo.

Nota del editorEste artículo ha sido galardonado con el Premio Senent

2013 concedido por el Grupo de Didáctica e Historia de las Reales Sociedades Españolas de Física y de Química

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1. Introducción

¿Cómo surgió la vida en la Tierra? ¿Es posible encontrar vidafuera de nuestro planeta? Estas dos preguntas actualmente,desde un punto de vista científico, no tienen respuesta. Sinembargo, tomando como "patrón" las formas de vida te-rrestres parece evidente que para la aparición de vida sonnecesarias la presencia de agua líquida y una fuente de car-bono. La hipótesis más aceptada de cómo pudo surgir la vidaen la Tierra es la Teoría de la Evolución Química. Esta teoríase basa en la idea de que moléculas orgánicas sencillas reac-cionaron entre sí dando lugar a sistemas cada vez más com-plejos capaces de autoensamblarse y autoorganizarse resul-tando finalmente en el primer ser vivo. El primer paso parademostrar esta teoría es comprobar si los componentes queforman parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos, esdecir, aminoácidos, bases púricas y pirimidínicas así comoazúcares, pudieron originarse a partir de fuentes inorgánicasde carbono. Una de las mejores aproximaciones para resolvereste problema consiste en simular las condiciones en las quela vida pudo originarse. El modelo típico consiste en unafuente de energía externa (descargas eléctricas, radiaciónultravioleta, partículas aceleradas de alta energía…) capaz deexcitar una mezcla de gases que simule la atmósfera de laTierra primitiva, la atmósfera de otros planetas o el mediointerestelar y analizar el producto formado. La mezcla com-pleja de compuestos orgánicos que se generan en este tipo deexperimentos se conoce comunmente con el nombre detholins y lo que se ha denominado como Química Prebiótica

se centra básicamente en la preparación, análisis y caracteri-zación de este tipo de sustancias, así como en la síntesis, encondiciones abióticas, de las primeras moléculas orgánicasque se consideran fundamentales para la aparición del primerser vivo.

2. Experimentos pioneros en química prebiótica.Experimento de Miller

Algunos de los experimentos pioneros para sintetizar molécu-las orgánicas a partir de una mezcla de gases y una fuente deenergía externa fueron los realizados por Löb, en 1913,[1] enel que a partir de una mezcla gaseosa de CO + NH3 + H2O ydescargas eléctricas, como fuente de energía, sintetizó glicina.Groth y Suess, en 1938,[2] sintetizaron formaldehído y unpolímero de composición desconocida a partir de CO2 + H2Oy luz ultravioleta. Algo más tarde, Garrison et. al., en 1951,[3]

obtienen pequeñas cantidades de ácido fórmico y formaldehí-do a partir de CO2 + H2O empleando iones de He+2 de 40Mev. Pero el verdadero desarrollo de la Química Prebióticacomienza a partir del famoso experimento de Miller.[4] En1953, Stanley L. Miller, (por aquel entonces doctorando delPremio Nobel de Química en 1934, Harold C. Urey),demostró que era posible obtener algunos de los aminoácidospresentes en las proteínas, además de glicina (Millerdesconocía el experimento realizado, años atrás, por Löb)[5] apartir de una fuente inorgánica de carbono. Miller, basándoseen las teorías de Urey y Bernal sobre la composición de laatmósfera de la Tierra primitiva,[6] sometió a descargas eléc-tricas una mezcla de CH4, NH3, H2 y vapor de H2O, duranteuna semana, obteniendo finalmente una disolución de colorrojizo (Figura 1b). Tras el análisis cromatográfico de esta di-solución (TLC, cromatografía en capa fina, en dos dimen-siones), Miller encontró glicina, alanina, β-alanina, ácidoaspártico y ácido β-aminobutírico y otras sustancias que nopudo llegar identificar pero que estimó podrían ser β- y γ-aminoácidos. Con este experimento quedó demostrado queera posible obtener algunos de los compuestos orgánicos pre-sentes en los organismos vivos a partir de un sistema comple-tamente inorgánico.

Teoría de la evolución química. Tholins: materia orgánica ubicua en el universo.

Marta Ruiz Bermejo y César Menor Salván

Investigación Química

Resumen: En todo el Universo es posible encontrar unas sustancias orgánicas complejas conocidas con el nombre genérico de tholins.Estas sustancias se obtienen por irradiación de mezclas de gases (excluyendo el O2). El análisis de los tholins revela que en ellos esposible encontrar los constituyentes principales de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Se cree que los tholins, cuya naturaleza aúnno está completamente determinada, pudieron jugar un papel muy importante en la aparición de la vida en la Tierra. La Teoría de laEvolución Química parte de este tipo de sustancias para explicar como pudo surgir el primer organismo vivo. Palabras clave: Tholin, aminoácidos, bases nucleicas, evolución química, química prebiótica.

Abstract: In the whole Universe it is possible to find organic complex substances known with the generic name of tholins. Thesesubstances are obtained by irradiation of several gas mixtures (excluding the O2). The analysis of the tholins indicates that they canrelease important bio organics present in proteins, nucleic-acid bases and so on. It has been proposed that the tholins could play animportant role in the appearance of life on the Earth. The Chemical Evolution Theory parts from this type of substances to explain asthe first living organism could arise.Keywords: Tholin, amino acids, nucleic-acid bases, chemical evolution, prebiotic chemistry.

Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). Ctra. Torrejón-Ajalvir, Km. 4,2. E-28850 Torrejón de Ardoz. C-e: [email protected]: 04/09/2006. Aceptado: 27/10/2006.

M. Ruiz C. Menor

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3. Síntesis de Tholins. Experimentos de simulaciónen condiciones prebióticas

Después del experimento de Miller se realizaron muchosotros variando las mezclas de gases así como la fuente deenergía. B. Khare y C. Sagan durante la década de los 70, delpasado siglo, realizaron numerosos experimentos utilizandodistintas mezclas de gases presentes en el medio interestelar(CH4, CH3-CH3, NH3, H2O, H2S y formaldehído) y emplean-do como fuentes de energía descargas eléctricas o radiaciónultravioleta. En todos los casos obtenían una sustancia ma-rrón-amarilla, pegajosa y de difícil estudio según los métodosanalíticos estándar. Khare y Sagan comienzan a denominar aeste tipo de sustancias orgánicas complejas, hasta entoncesnombradas como "polímeros intratables", como tholins (delgriego θολòζ , tholos, barro, lodo, limo).[7] Estos autores sonlos primeros en sugerir que estas sustancias estuvieron pre-sentes en el océano de la Tierra primitiva (y por tantopudieron ser relevantes en el origen de la vida), que son losprincipales componentes de los aerosoles de color rojo que seobservan en la atmósfera de Titán (una de las lunas deSaturno), que están presentes en cometas, condritas car-bonáceas (meteoritos con un alto contenido en carbono) y enlas nebulosas preplanetarias, además de ser uno de los princi-pales constituyentes del medio interestelar. Por tanto, de un

modo general, los tholins pueden definirse como sólidosorgánicos complejos, generalmente marronáceos (ver Figura2), obtenidos por radiación de atmósferas reductoras (enten-diendo en este caso como atmósferas reductoras aquellaslibres de O2).[8] No son sustancias claramente poliméricas,sus propiedades dependen de la fuente de energía utilizada yde la abundancia de los precursores y generalmente, presen-tan una absorción considerable en el azul que puede ser debi-da a la presencia de polienos conjugados, H (CH=CH)nH(n >6).[7]

3.1. Mezclas de gases utilizadas en la preparaciónde tholins

¿Qué mezclas de gases se utilizan y se han utilizado para si-mular escenarios prebióticos? En el caso de las simulacionesde la atmósfera de la Tierra primitiva se ha trabajado con dis-tintas mezclas de gases según han ido evolucionando lasteorías sobre la composición de la misma.[9] Entre 1950−1970se suponía que la atmósfera primitiva era altamente reductoracompuesta principalmente por CH4, NH3, H2 y vapor deagua.[6] Entre 1970 y 1985 se propuso una atmósfera ligera-mente oxidada formada por CO2, N2 y agua, posteriormentese sugirió la existencia de una atmósfera neutra constituidapor CO, N2 y agua.[10,11] Sin embargo, recientemente se haindicado que la atmósfera de la Tierra primitiva podría con-tener hasta un 30% de H2

[12] además de CO2, CO, CH4 (enproporción variable, según los autores),[13] N2 y vapor deagua. Pero también es posible simular las atmósferas de otrosplanetas. Se han realizado experimentos simulando las atmós-feras de Júpiter (CH4 + NH3 + H2O),[14] Urano (CH4 + H2),[15]

Tritón (CH4 +N2)[16] y Titán (CH4 + N2 + H2,[17] CH4 + N2[18] ).

Es importante destacar el gran interés que ha suscitado, enlos últimos años, el estudio de Titán (satélite de Saturno, figu-ra 3) como análogo terrestre para el estudio del origen de lavida, debido a su densa atmósfera de nitrógeno y metano y asu color rojizo. Según los primeros análisis, mediante espec-trometría IR, este color rojo se debe a la presencia de grandescantidades de tholins que contienen hidrocarburos (queincluyen hidrocarburos policíclicos aromáticos, alquenos,alquinos) y oxi-especies.[19] La aparente complejidad de Titány su estudio como laboratorio para investigar el origen de lavida fue una de las motivaciones del envío de la misiónCassini-Huygens. En septiembre de 2004 la nave Cassinientró en la órbita de Saturno, comenzando un estudio exhaus-tivo de sus satélites, incluyendo Titán. En enero de 2005,Cassini liberó la sonda Huygens, destinada al estudio in situ

A B

Figura 2. Tholins obtenidos a partir de una mezcla de CH4+N2+H2,agua líquida y descargas eléctricas. a) Tholin hidrofílico. b) Tholinhidrofóbico.

A B

B

Figura 1.a) Esquema del equipo utilizado por S. L. Miller, en 1953,en su primer experimento de síntesis de aminoácidos en las supues-tas condiciones prebióticas de la Tierra primitiva. b) Disoluciónrojiza obtenida tras una semana de descargas eléctricas sobre unamezcla de gases (CH4+NH3+H2+H2O) en condiciones similares alas utilizadas por S. L. Miller en 1953.

Teoría de la evolución química. Tholins: materia orgánica ubicua en el universo

15An. Quím. 2007, 103(3), 14−22 www.rseq.org © 2007 Real Sociedad Española de Química


de la atmósfera y la superficie de Titán. Los datos enviadospor la sonda Huygens (Figura 3b) permitieron descubrir quela superficie del satélite esta formada por hidrocarburos hela-dos sobre agua y amoniaco y confirmar la presencia de unaniebla (aerosol) de tholin que le confiere el característicocolor rojizo.

Posteriormente, en sucesivas aproximaciones, la naveCassini ha investigado Titán mediante radar, imágenes en vi-sible, IR y UV y espectrometría, permitiendo descubrir unacompleja "hidrología" de metano: lluvia, lagos y ríos demetano líquido que discurren de un modo muy similar a comolo hace el agua en la Tierra. Se ha comprobado que existe unacompleja química orgánica sobre la superficie y la atmósferadel satélite (Figura 4). Actualmente muchos de los trabajos deinvestigación en Química Prebiótica están enfocados a la si-mulación de las condiciones de Titán. De hecho, hoy en día,la denominación tholin hace referencia, casi exclusivamente,al material orgánico producido en este tipo de simulaciones.

Por otra parte, también se han realizado simulaciones delmedio interestelar y se han llevado a cabo experimentos sobremezclas de gas interestelar (H2O + CO + NH3),[20] hielo interes-

telar (H2O + CH3OH + CO + CO2 + NH3)[21] o hielo cometario(H2O + CH3OH + CO2 + CH3-CH3).[22]

3.2. Fuentes de energía empleadas en la prepara-ción de tholins

Las fuentes de energía disponibles en la Tierra primitivapudieron ser radiación ultravioleta, descargas eléctricas(provenientes de los relámpagos de las numerosas tormentasque se creen existieron en la Tierra primitiva), calor prove-niente de erupciones volcánicas, radiactividad, rayos cósmi-cos y la energía desprendida en el impacto de meteoritos (verTabla 1). Por otra parte, cuando se simulan las condiciones delmedio interestelar se utilizan como fuentes de energíaradiación ultravioleta y radiación de partículas cargadas dealta energía (como protones o electrones) para simular losrayos cósmicos.

4. Compuestos orgánicos con interés biológicodetectados en tholins

Considerando todas las posibles atmósferas y las fuentes deenergía disponibles, las condiciones de síntesis de los tholinsson inmensas y por tanto el número de tholins diferentes quese pueden obtener, y que se han obtenido, en el laboratorio esenorme. Sin embargo, todos los tholins tienen una caracterís-tica común: en todos ellos se puede detectar la presencia deaminoácidos, tanto en los provenientes de las simulaciones enlaboratorio como de los que forman parte de las condritas car-bonáceas y sólo en unos pocos casos rinden bases y otroscompuestos orgánicos. En los experimentos de simulación seha observado que la diversidad y el rendimiento en aminoáci-dos y en otros compuestos orgánicos depende de la mezcla degases utilizada (fuentes de C y de N) y de la fuente de energía.Por tanto, la presencia de compuestos orgánicos con interésbiológico en los tholins depende directamente de las condi-ciones prebióticas en las que se hayan formado.

A B

Figura 3. Titan. a) Magnifica perspectiva, captada por la sondaCassini, donde se observa el satélite gigante de Saturno, Titán, y laluna helada Encelado, el cuerpo más brillante del sistema solar. b)Imagen de la superficie de Titán captada por la sonda Huygens. Las"rocas" en primer plano son de tamaño centimétrico y están formadaspor hidrocarburos sólidos.

0

1 10 -7

2 10 -7

3 10 -7

4 10 -7

5 10 -7

6 10 -7

7 10 -7

620 640 660 680 700 720 740 760

Titan/T0 : Comparison of emission observed with CIRS FP3 and model

Model

lat=50-70°S

Rad

ian

ce (W

sr-

1 cm

-2/c

m-1

)

Wavenumber (cm-1)

C2H2

HCNC3H8

CO2C3H4

C4H2

Figura 4. Análisis mediante el instrumento CIRS (CompoundInfrared Spectrometry, en sus siglas inglesas), equipado en la sondaCassini, de la superficie de Titán. El acetileno es un componenteimportante en el suelo y la niebla de Titán y parece ser el precursorde los hidrocarburos aromáticos hallados en la luna de Saturno.(Espectro cedido por Athena Coustenis/Paris-Meudon Observatory).

Fuente de Energía Flujo estimado/eV m-2

año-1 (A)

Ref. Rendimientode Gly

/moléculaeV-1 (B)a

AB/moléculam-2 año-1

Radiación SolarTotalλ< 200 nmλ< 150 nmλ< 110 nmDescargas eléctricas

Calor de VolcanesRadioactividad cRayos CósmicosImpacto de Meteroritos

6.8 x 1028

2.2 x 1025

9.1 x 1023

4.2 x 1022

1.8 x 1022

~ 1.0 x 1024

3.4 x 1022

2.0 x 1023

2.9 x 1021

1.0 x 1022

[23][23][23][24][25][23][23][23][24][23]

~ 0~ 0~ 0

< 8 x 10-5 b

7 x 10-9

~ 0~ 0

2 x 10-4

(2 x 10-7) d

---

< 3 x 1017

1 x 1013

~ 7 x 1015

--

6 x 1017

(2 x 1015)

Tabla 1. Fuentes de energía disponibles en la Tierra primitiva.[14b] a

Rendimiento de glicina al utilizar una mezcla 1:1 de CO y N2 comoproductos de partida. b Valor de 1.5 keV Rayos-X blandos. c 0 − 1.0km de profundidad sobre la superficie de la Tierra. d Simulaciónempleando un plasma de alta temperatura utilizando un "magneto-plasma dynamic arc-jet". S. Miyakawa, Ph. D. Thesis, TokyoInstitute of Technology, 1999.

V. Martínez, F. LópezAnalesRSEQ



4.1. Aminoácidos

En los experimentos de simulación en condiciones prebióticasse obtienen tanto aminoácidos naturales (α-aminoácidos pre-sentes en las proteinas) como aminoácidos no naturales (α-,β,γ- y δ- aminoácidos) en proporciones similares a las encon-tradas en condritas carbonáceas. Sin embargo, como ya se hamencionado el rendimiento en aminoácidos depende de lascondiciones experimentales. En experimentos en los que seemplean descargas eléctricas las mezclas que contienen CH4dan lugar a un mayor rendimiento y diversidad en aminoáci-dos que las que contienen CO o CO2 pero para mezclas conrelaciones H2/CO2 y H2/CO iguales a uno o mayores elrendimiento en aminoácidos es aproximadamente el mismoque el de las mezclas con CH4.[26] En cambio si se utilizanpartículas cargadas de alta energía (H+ 2.5 - 4 Mev, H+ 40Mev, He2+ 65 Mev, e- 400 Mev, e- 1 Gev), la cantidad de gli-cina obtenida no depende de la fuente de carbono empleada(CH4, CO2 o CO) sino de la cantidad total de energía sumi-nistrada al sistema, y por tanto en estos casos el rendimientoen aminoácidos no depende ni de la temperatura ni de la pre-sión de vapor del agua.[24] En el caso de simulaciones en lasque se emplea radiación UV sólo es posible obtener aminoá-cidos si la fuente de nitrógeno es NH3 o bien si se empleanradiaciones con longitudes de onda inferiores a 110 nm(Rayos X blandos) en el caso del N2.[27]

A pesar del gran número de experimentos realizados la

fenilalanina, el triptófano y la tirosina aún no han sido detec-tados en experimentos de simulación empleando una fuenteexterna de energía. Los aminoácidos básicos se forman enmuy raras ocasiones y la lisina y la histidina sólo han sidodetectados en experimentos de radiolisis de disolucionesacuosas de NH4CN.[28] En la bibliografía sólo se recoge uncaso de formación de aminoácidos que contienen azufre encondiciones prebióticas.[27ª] El análisis de los tholins prove-nientes de condritas carbonáceas, como el meteorito deMurchinson (actualmente es el meteorito mejor estudiado encuanto a su composición en moléculas orgánicas[29] y nom-brado así por caer en Australia en el lugar del mismo nombreen 1969), indican que de alguna forma en las condiciones delespacio exterior es posible formar fenilalanina y tirosina[29]

sin embargo, no se han detectado en él, hasta la fecha,aminoácidos con azufre.

Considerando el análisis en aminoácidos de los tholins "sin-téticos" y de los presentes en condritas carbonáceas hayaminoácidos naturales que no han sido detectados en ningúncaso: metionina, triptófano, asparagina, glutamina, hidroxi-lisina y arginina. Hay que tener en cuenta que el análisis deaminoácidos en este tipo de sistemas se realiza, siempre, trashidrólisis ácida de las muestras (generalmente HCl6M/24h/110ºC, condiciones estándar de hidrólisis de proteí-nas), porque generalmente los aminoácidos no se encuentranlibres en los tholins sino como parte de precursores descono-cidos. Sin embargo, hay que indicar que bajo las condicionesde hidrólisis mencionadas los enlaces amidas presentes en la

OH

OH2N

OH

O

NH2

HO

O

H2N O

OH

H2N

O

OH

H2N

O

OH

NH2

O

OH

NH2

OH

O

OH

H2N

HO

O

OH

H2N

SH

O

OH

NH2

SS

NH2

O

HO

O OH

H2N

SO

OH

H2N

O

OH

H2N

HO O

OH

H2N

HN O

OH

NH2 O

NH2

O

HO

NH2

O

HO

O

OH

NH2

O

H2N

O

OH

H2NH2N O

OH

NHH2N

OHO

OH

NH2HN

N

O

OH

NH2HN

NH

H2N

O

OHHN O

OH NH

HO

O

HO

Aminoácidos alifáticos

Glicina (Gly)

Alanina (Ala)

Valina (Val)

Leucina (Leu)

Isoleucina (Iso)

Hidroxiaminoácidos

Serina(Ser)

Treonina (Thr)

Aminoácidos que contienen S

Cistina (Cys-Cys)

Cisteina

Meteonina (Met)

Fenilalanina (Phe)

Tirosina (Tyr)

Triptófano (Try)

Aminoácidos ácidos y sus amidas

Ácido aspártico (Asp)

Asparagina (AspNH2)

Ácido glutámico (Glu)

Glutamina (GluNH2)

Aminoácidos básicos

Lisina (Lys)

Hidroxilisina(HyLys)

Histidina(His)

Arginina(Arg)

Aminoácidos secundarios

Prolina (Pro) Hidroxiprolina

Am

ino

ácid

os

pre

sen

tes

en la

s p

rote

inas

Aminoácidos aromáticos

Figura 5. Aminoácidos presentes en las proteínas. Se destacan en azul aquellos aminoácidos, que hasta la fecha, no se han podido sintetizaren experimentos de simulación bajo condiciones prebióticas.




asparagina y en la glutamina también se hidrolizan por lo queno es de extrañar que estos aminoácidos no se hayan detecta-do, al igual que el triptófano que se destruye en las condi-ciones indicadas. Por otra parte, es interesante indicar que eltriptófano y la meteonina son los aminoácidos que se encuen-tran en menor proporción en las proteinas (del orden de 1 en600), hecho que quizá esté relacionado con la dificultad de susíntesis en condiciones abióticas.

El problema de la síntesis prebiótica de aminoácidos noestá completamente resuelto y además hay que considerarotro factor no menos importante: el mecanismo de formaciónde los aminoácidos en estas condiciones. Existen varios mo-delos para explicar la formación de aminoácidos a partir defuentes inorgánicas de carbono y una fuente externa deenergía pero ninguna de ellas está completamente demostraday además parece que el mecanismo de formación dependedirectamente de las condiciones en las que se lleve a cabo elexperimento. Por ejemplo, parece que en los experimentoscon descargas eléctricas el mecanismo de formación deaminoácidos sigue la misma ruta que la síntesis de Strecker(en este tipo de experimentos la formación de HCN y NH3 seproduce con relativa facilidad).[30] Otros autores han pro-puesto la polimerización de HCN, en disoluciones saturadas,como la vía más probable de formación de aminoácidos(modelo de Matthew)[31] (Esquema 1). También se han pro-puesto mecanismos alternativos a partir de reacciones de R-CN con otros compuestos saturados y especies radicalarias[32]

y modelos en los que la presencia de HCN no es necesaria.[33] Otro de los grandes enigmas en la síntesis prebiótica de

aminoácidos es el origen de la homoquiralidad. Todos losaminoácidos presentes en las proteínas son L y en todos losexperimentos de simulación siempre se obtienen mezclasracémicas. ¿Cómo pudo originarse la ruptura de simetría? Enel meteorito de Murchinson se ha detectado hasta un excesodel enantiómero L de la isovalina del 15% [34] y en el meteo-rito de Murray se han detectado excesos enantioméricos del8.4%, 9.1%, 1.2% y 2.2% en isovalina, DMPA (Ácido 2-amino-2,3-dimetilpentanoico), alanina y valina, respectiva-mente.[35] Se ha sugerido que el exceso enantiomérico obser-vado en meteoritos se debe a fenómenos diagenéticos, talescomo la exposición de los aminoácidos a luz circularmentepolarizada emitida por estrellas de neutrones, pudiendo resul-tar en una destrucción preferencial de uno de los enan-tiómeros.[36] En este sentido se han realizado experimentoscon leucina en disolución y se ha observado que la luz pola-rizada induce fotolisis asimétrica.[37] Recientemente, se harealizado el primer experimento empleando luz UV circular-mente polarizada (167 nm) sobre una mezcla de agua,metanol y amoníaco simulando las condiciones del hielointerestelar, obteniéndose ligeros excesos enantioméricos enalanina y ácido 2,3-diaminopropanoico, pero el exceso sepuede considerar dentro del margen de error del límite dedetección de la técnica empleada, GC-MS (Cromatografía deGases-Espectrometría de Masas).[38]

Otra de las teorías sobre la ruptura de simetría se basa en laviolación del principio de paridad.[39] Las fuerzas electrodé-biles determinan la homoquiralidad de los núcleos de los áto-mos y como consecuencia los dos enantiómeros no sonenergéticamente equivalentes. Esta diferencia es muypequeña y podría atribuírsele un papel secundario en la evolu-ción abiótica, pero algunos autores sugieren que la adsorciónpreferencial de uno de los enantiómeros sobre cuarzos

quirales o caolinitas podría haber incrementado la diferenciaenergética entre ambos.[40] Recientemente se ha propuestoque las fuerzas electrodébiles podrían haber jugado un papelimportante en el origen extraterrestre de la homoquiralidad.Los antineutrinos, producidos en las explosiones de las super-novas, podrían haber proporcionado un posible mecanismo deruptura en las nubes interestelares.[41] Otras teorías se basanen las influencias de campos eléctricos y magnéticos,[42] o enla influencia de fuerzas mecánicas quirales de rotación-traslación (por ejemplo: vórtices hidrodinámicos).[43] Ademásde las indicadas, existen otras teorías sobre el origen de lahomoquiralidad como las propuestas por Frank[44] yCalvin[45] que sugirieron que reacciones autocatalíticasasimétricas podrían haber jugado un papel determinante en lageneración sesgada de la asimetría molecular.

4.2. Bases púricas y pirimidínicas

Obtener aminoácidos en condiciones prebióticas es relativa-mente fácil, se forman en multitud de condiciones y es relati-vamente sencillo detectarlos en condritas carbonáceas. Sinembargo, no sucede lo mismo con las bases púricas (adenina,guanina) y pirimidínicas (citosina, uracilo y timina) presentesen los ácidos nucléicos. En la bibliografía sólo se recoge unejemplo de formación de bases púricas y pirimidínicas uti-lizando descargas eléctricas como fuente de energía.[46] Hayque indicar que en este experimento, el rendimiento en baseses tres órdenes de magnitud menor que el rendimiento enaminoácidos (ver Figura 6).

Por lo tanto no puede extrañar que la detección de bases, eneste tipo de experimentos, no comenzase a ser recogida en labibliografía hasta la década de los ochenta, en la que las téc-nicas cromatográficas estaban ya lo bastante desarrolladas,alcanzando límites de detección lo suficientemente bajoscomo para hacer posible este tipo de análisis. Más reciente-mente, Miyakawa et al. consiguen obtener citosina y uraciloa partir de una mezcla de CO+N2 (1:1), vapor de agua ydescargas sobre un plasma a alta temperatura.[47] Los autoresno observan formación de bases púricas, resultado que inter-

RCH(NH2)CNH2O

RCH(NH2)CONH2

H2O

RCH(NH2)COOH

HCNNH

C NC

H

HCN CH2N N

N

CH

C

H

CCHN

N

NHC

HCNCH

R´

CHNNH

H2O

CH

R´CHNO

n

RCHO + HCN + NH3

A) Síntesis de Strecker

B) Modelo de Matthew

¿Polímeros de HCN?

n

n

Aminomalononitrilo Poliaminomalononitrilo Heteropoliamidina

Heteropolipéptido¿Proteína primordial?

Esquema 1. Mecanismos de formación propuestos en las síntesis pre-biótica de aminoácidos. Los aminoácidos en los tholins no seencuentran como tales, sino formando parte de precursores que tráshidrólisis ácida dan lugar a su formación.




pretan como consecuencia de la baja relación N/C (0.71) en elgrueso del tholin obtenido. Para comprobar este hecho,repiten el mismo experimento aumentando la cantidad de N2introducido en el sistema, CO+N2 (1:9).[48] En este caso, obtienenun tholin con una relación N/C más alta (1.8) y detectanguanina, además de citosina y uracilo. Sin embargo, los mis-mos autores, al utilizar la misma relación inicial CO/N2 (1:1)pero cambiando la fuente de energía, en este caso protones dealta energía que simularían rayos cósmicos, son capaces dedetectar mayor número de bases pirimidínicas, pero ademásde guanina, también detectan adenina (ver figura 7).[49]

Entonces, ¿cuáles son las mejores condiciones de forma-ción de las bases de los ácidos nucleicos en condiciones pre-bióticas? ¿Cuál es al mecanismo de formación de bases enexperimentos de simulación? Este es otro de los problemasaún no resuelto. Como puede verse la formación de basesparece depender directamente de las condiciones experimen-tales y en este tipo de síntesis "irracionales" determinar lasespecies intermedias que se forman no es sencillo. Además,hay que considerar que siempre es necesario hidrolizar lasmuestras en condiciones ácidas para detectar este tipo debases, es decir, en este caso también se encuentran como unprecursor desconocido en el tholin. Sin embargo, se ha suge-rido, que como en el caso de los aminoácidos, la presencia deHCN es crucial para la síntesis prebiótica de bases nucleicas.Oró, en 1966, demostró que es posible obtener adenina porcalentamiento de una disolución concentrada de NH4CN.[50]

Actualmente se sugiere que la formación de bases púricas, encondiciones prebióticas, se debe a reacciones de polimeriza-ción de HCN.[51]

Por otra parte, en las condiciones del espacio exterior, si seforman bases púricas con interés biológico. Adenina, guanina,hipoxantina y xantina han sido encontradas en distintas contri-tas carbonáceas[52] y también se han detectado pirimidinas cony sin interés biológico.[53] Otro hecho bastante destacable esque se ha encontrado timina (en concentraciones del orden de

nanogramo por gramo de muestra) en varios meteoritos comoMurchinson, Allende, Murray o Orgueil, cuando en ningúnexperimento de simulación ha sido posible detectar esta base.Por tanto, existen aún condiciones prebióticas no ensayadas, odesconocidas, en las que es posible sintetizar este tipo de basescon mayores rendimientos y diversidad a los alcanzadosactualmente en el laboratorio. Sin embargo, no se ha detectadocitosina en ninguno de los meteoritos estudiados.[54]

4.3. Azúcares

La síntesis de azúcares en condiciones prebióticas es aúnmucho más compleja que la de las bases nucleicas. Algunosautores sugieren la reacción de la formosa o reacción deButlerow (1861) (Esquema 2) como el mecanismo más pro-bable de formación de carbohidratos en la Tierra primitiva.[55]

Esta reacción autocatalítica del formaldehído en medio bási-co, implica distintos procesos como condensaciones aldólicasdel formaldehido, hidroxialdehidos, e hidroxicetonas, trans-posiciones de Lobby de Bruyn-van Ekenstein, mutarotacionesy reacciones de Cannizzaro. La reacción de la formosa dalugar a mezclas complejas de azúcares ramificados y no ra-mificados de al menos hasta ocho átomos de carbono.[56]

En la bibliografía sólo se recoge un estudio de detección deazúcares en un "tholin sintético" obtenido en un experimentocon descargas eléctricas.[57] Sin embargo, en los meteroritosde Murchinson y Murray se han detectado compuestos rela-cionados con azúcares, como dihidroxiacetona, azúcares alco-hólicos, azúcares mono- y di- ácidos, y deoxiazúcares ácidos(ver figura 8).[58]

H2N

O

OH

N

NH2NH

O

H2NO

OH

N

N

NH2

N

NH

NH2

O

HO

NH2 O

OHO

HO

HN

NNH2N

HN

O

N

NH

O

NH2

NH2

H2N O

OH

NH2

O

HO

O

OH

CH4 + C2H6 + NH3

H2O(L) (50 mL)

Descargas eléctricas 48h, 25-28 ºC

(25 experimentos)

(3 : 1 : 4)

Glicina

Alanina

Ácido aspártico Valina

Leucina Ácido glutámico

Adenina Guanina

Isocitosina

Rendimiento total de aminoácidos 1.8%

Rendimiento total de bases 0.0023%

Figura 6. Único ejemplo recogido en la bibliografía [46] de formaciónde bases púricas y pirimidínicas, en experimentos de simulación encondiciones prebióticas utilizando descargas eléctricas como fuentede energía. El rendimiento en bases es del orden de mil veces menorque en aminoácidos y fue necesario repetir el experimento 25 vecespara poder acumular suficiente cantidad de tholin, con el fin de quela concentración en bases fuese lo suficientemente alta para serdetectada con los equipos de GC-MS (Cromatografía de Gases-Espectrometría de Masas) disponibles en 1984.

N

N

NH2

N

NH

NH

O

HN

O

N

O OH

HN

NNH2N

HN

O

NH

O

HN

O

O

OH

N

N

OHOH

Tholin

NH

ONH

O

HO

Adenina(< 0.000045%)

Guanina(< 0.000045%)

Uracilo(0.0011%)

5-Hidroxiuracilo (0.00055%)

Ácido orótico(0.0016%)

4,5-Dihidroxipirimidina (0.000036 %)

CO + N2 + H2O (L)

H+ 2.5 -3.0 Mev

3 h / 24º C

Separación en fracciones con resina de intercambio iónico Dowex 50 (H+)

Fracción 1 : 1.5M HCl

Fracción 2 : 2.5M HCl

Fracción 3 : 6M HCl

Hidrólisis ácida (HCl 6M, 100ºC, 24h)

Ácido nicotínico(0.00043 %)

(1 : 1)

Figura 7. Bases púricas y pirimidínicas obtenidas en un experimentode simulación a partir de una atmósfera neutra, posible en la Tierraprimitiva, y radiación con protones de alta energía (rayos cósmicos).El tholin obtenido es hidrolizado, posteriormente se separa en frac-ciones utilizando una resina de intercambio iónico, y finalmente seanaliza el contenido en bases de cada una de las fracciones por GC-MS (Cromatografía de Gases- Espectrometría de Masas) y HPLCcon un detector de fotodiodos (Cromatografía Líquida de AltaPresión). Cada una de las bases es identificada en GC-MS como sutrimetilsilil- derivado y por HPLC por su espectro UV-vis. [49]

CO

HH

Ca(OH)2

CalorMezcla compleja de azúcares

Esquema 2. Reacción de Butlerow o reacción de la formasa. ¿Síntesismás probable de formación de azúcares en la Tierra primitiva?




5. "Mundos PRE- ARN"

El descubrimiento de la actividad catalítica del ARN[59]

(ácido ribonucleico) supuso la aceptación del ARN comoprimer material genético. Sin embargo, la dificultad para sin-tetizar azúcares bajo condiciones abióticas, la inestabilidad dela ribosa y de otros azúcares,[60] la enorme dificultad en laformación prebiótica de los enlaces glicosídicos presentes enlos nucleótidos[61] y la imposibilidad para lograr una polime-rización no enzimática[62] son factores que cuestionan seria-mente si el ARN pudo ser el primer material genético. Comoalternativa se ha propuesto que el ácido nucleico peptídico(ANP) pudo ser un posible precursor del ARN.[63] El ANPestaría constituido por N-(2-aminoetil)-glicina (AEG) y losácidos N-acéticos de adenina, uracilo, guanina y citosina(Figura 9).

Aunque aún no se ha demostrado que los ANP pudiesenestar presentes en un escenario prebiótico es posible obtenerdirectamente AEG por medio de descargas eléctricas y unamezcla de CH4, N2, NH3 y H2O. Empleando descargas eléc-tricas también es posible obtener etilendiamina, así comopolimerizaciones del NH4CN, que darían lugar a todos loscomponentes de los ANP.[64]

Sin embargo, existen otras alternativas al mundo ARN. Lafacilidad con la que se obtienen aminoácidos en condicionesprebióticas y la formación de enlaces peptídicos en mediossalinos acuosos[65] hace probable la existencia de un mundopeptídico[66] en el que sería factible la hipótesis del PIW(mundo de interacción de proteinas, en sus siglas inglesas).[67]

6. Conclusiones

Los tholins son sustancias orgánicas complejas obtenidas porirradiación de mezclas de gases exentas de oxígeno pero conun aporte significativo de carbono. Este tipo de sustanciasparece estar presente en todo el Universo y es muy probableque desempeñasen un papel fundamental en el origen de lavida en la Tierra. Su composición química y propiedadesdependen directamente de las condiciones en las que se hayanobtenido pero su estructura aún permanece sin determinar. Eldesarrollo de técnicas analíticas y de caracterización estruc-

CH2OHC OCH2OH

CCH2OH

CH2OHOHH C

CO2H

CH2OHOHH

CCH2OH

COHH

OH

CH2OH

HCCO2H

COHHOH

CH2OH

HCCO2H

CHOHH

CO2H

HO

CCH2OH

COHHOH

C

H

CH2OHH OH

CCO2H

COHHOH

C

H

CH2OHH OH

CCO2H

COHHH

C

HO

CO2HH OH

CCH2OH

COHHH

C

HO

CH OH

OHHCH2OH

CCO2H

COHHH

C

HO

CH OH

OHHCH2OH

CCO2H

COHHH

C

HO

CH OH

OHHCO2H

CCO2H

CH2OHOHH3C

CCO2H

CHHOH

C

H

CH2OHH OH

CCO2H

CHHOH

C

H

CH OH

OHHCH2OH

CCO2H

COHHH

CH2OH

H

CCO2H

COHHOH

CH3

HCCO2H

COHHOH

CH2OH

H

CCO2H

COHHH

C

H

CH OH

OHHCH2OH

3C

4C

5C

6C

Ácido glicérico

Eritrol y Treitol

Ribitol eisómeros

Ácido ribónico e isómeros

Glucitole isómeros

Dihidroxiacetona Glicerol

AzúcaresAzúcares

alcohólicosAzúcares

ácidosAzúcaresdiácidos

Deoxiazúcares

Ácidos eritrónico y treónico

Ácidos tartáricoy mesotartárico

Ácido 2-metilglicérico

Ácido 2,4-dihidroxibutírico

Ácido 2,3-dihidroxibutíricoy diasteroisómeros

Ácido 3,4-dihidroxibutírico

Ácido 2,3,4-Trihidroxi pentanodioico

Ácido 2-deoxipentanoico

Ácido glucónicoe isómeros

Ácido glucáricoe isómeros

Ácido 2-Deoxihexanoico

Ácido 3-Deoxihexanoico

Figura 8. Azúcares y compuestos derivados encontrados en los meteoritos de Murchinson y Murray. La detección de estos compuestos se rea-lizó mediante análisis de sus t-BDMS (t-butil-dimetil silano) y TMS (trimetil silano) derivados por GC-MS.[58]

HN

N

O

O

Base OO

OHO

PO-O

O

Base

n nÁcido nucleico peptídico

(ANP)

Ácido ribonucleico(ARN)

Figura 9. Los ácidos peptídicos nucleicos (ANP) son posibles pre-cursores del ARN, constituidos por N-(2-aminoetil)glicina (AEG) ylos ácidos N-acéticos de adenina, uracilo, guanina y citosina. En losANP el enlace ribosa-fosfato es reemplazado por un enlace poliami-da de N-(2-aminoetil) glicina.

NN

NH2

N

N

O

HO N

O

NH

OO

HO

N

N

N

N

O

HO

Ácido acético-N9-adenina Ácido acético-N1-uracilo Ácido acético-N9-gu

N

O

NH

O N

N

N

NH2

NH

OO

HO N

O

N

NH2O

HO

) (ARN)

co-N1-uracilo Ácido acético-N9-guanina Ácido acético-N1-citosina




tural cada vez más sofisticadas y sensibles ha proporcionadoun gran avance en la determinación de la naturaleza de lostholins. En ellos es posible encontrar casi todos los consti-tuyentes de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Sin embar-go, hay muchas cuestiones aún sin responder. Por ejemplo,¿cuál es el origen de la homoquiralidad?, ¿por qué en las pro-teínas sólo se observan algunos de los aminoácidos que sabe-mos se pueden obtener en condiciones prebióticas? ¿por quéotros, como aquellos que contienen azufre, no se han detecta-do?¿cómo se formaron los primeros péptidos? ¿cómo fueposible que se formarán y acumulasen azúcares, en condi-ciones prebióticas, a pesar de su baja estabilidad? ¿cuál fue elprimer material genético?

Por tanto, la hipótesis de la Evolución Química es uno delos problemas aún no resueltos y más fascinantes de la cien-cia actual.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Centro de Astrobiología (CAB) encuyas instalaciones se ha realizado este trabajo, con fondosdel Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial "EstebanTerradas" (INTA). A Juan Pérez-Mercader y Sabino Veintemi-llas por iniciarnos en el estudio de la Química Prebiótica y aSusana Osuna por su constante ayuda.Referencias

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111

La composición molecular del ámbar de El Soplao-Rábago como biomarcador paleobotánicoC. Menor-Salván1

1Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). Ctra. Torrejón-Ajalvir, km 4. 28850 Torrejón de Ardoz.

INTRODUCCIÓN

El estudio cientí!co de las resinas fósiles no es una temática de reciente invención y, tradicional-mente, se ha centrado en el aprovechamiento de la extraordinaria preservación de los materiales biológicos incluidos en ellas. Menos detallado y conocido, sin embargo, es el estudio de la com-posición molecular del ámbar, que puede apor-tar información acerca de su origen botánico y del destino geológico de los terpenos biológicos, además de constituir una prueba directa del me-tabolismo de plantas que vivieron hace millones de años. El uso de los terpenoides contenidos en el ámbar como marcadores moleculares taxonó-micos y paleobotánicos constituye un área en desarrollo y las conclusiones obtenidas a partir de ellos están sujetas a la sistematización e iden-ti!cación de nuevas moléculas en los ámbares y las resinas actuales. En este aspecto, el hallazgo de un extraordinario depósito de ámbar en el término de Rábago, en la carretera de acceso a

El Soplao, constituyó un hecho signi!cativo para nuestro conocimiento del ámbar a nivel molecu-lar, debido a su abundancia, estado de conserva-ción y al encontrarse acompañado de abundan-tes restos fósiles. El ámbar de éste yacimiento se encuentra en un nivel de una potencia de 1,5 a 2 metros de lutitas negras, limolitas y areniscas con acumulaciones decimétricas de material ve-getal (Fig. 1). Los fragmentos de ámbar son tanto subaéreos como subterráneos y su rango de ta-maño va desde microscópico (resinita) hasta ma-sas decimétricas. El depósito es de edad Albiense (112-110 Ma), incluído en la formación Las Peño-sas (Najarro et al., 2010).

Como aclaración terminológica, consideraremos que ámbar y resinas fósiles son términos sinóni-mos desde un punto de vista geoquímico y que los podemos de!nir como aquellos materiales sóli-dos orgánicos discretos y macroscópicos, encontrados en el registro sedimentario y derivados de resinas de plantas superiores (Anderson et al. 1992). El térmi-

Fig. 1.- Ámbar del yacimiento de El Soplao-Rábago, encajado en lutita y fotogra!ádo in situ con luz natural, bajo la cual el ám-bar de éste depósito muestra una bella y única coloración azulada.

112 Avances en la investigación geológica de la cueva El Soplao y su entorno

no resinita, que algunos autores como Anderson consideran sinónimo de resina fósil o ámbar, lo consideraremos únicamente para de!nir los ma-teriales de éste tipo que se observan a nivel mi-croscópico.

Así, en éste capítulo pondremos la composición del ámbar en su contexto bioquímico, a través de los componentes químicos de las resinas y su transformación diagenética, introduciremos los términos químicos más relevantes, para que los lectores menos formados en Química puedan en-tender de qué está compuesto el ámbar y descri-biremos la composición molecular del ámbar de El Soplao, cuyo análisis detallado e interpreta-ción condujeron a la tesis de que su origen puede ser la familia extinta de coníferas Cheirolepidiaceae (Menor-Salván et al., 2010).

ORIGEN DEL ÁMBAR: LOS TERPENOS

Todas las coníferas producen secreciones resino-sas (Fig. 2), compuestas de una familia de molécu-las llamadas terpenos, apreciadas por sus aromas característicos y muy utilizadas tradicionalmente como adhesivos, para la obtención de disolven-tes (aguarrás, obtenido por destilación de la resi-na y compuesto básicamente por el hidrocarburo pineno), obtención de pinturas y barnices, obten-ción de aromas o como conservantes. Las resinas de coníferas forman parte de un grupo general conocido como exudados, que incluye, además de las resinas de coníferas, productos de angiosper-mas, como la goma arábiga, mirra, la resina fran-

kincense o los mucílagos (Langenheim, 2003). Los exudados de coníferas, o resinas (también oleorresinas cuando aún no han solidi!cado), son líquidos viscosos, normalmente incoloros o amarillentos, que se endurecen al cabo de días o semanas. Son muy solubles en disolventes clo-rados y parcialmente solubles en hexano, hidro-carburos aromáticos y metanol. Estos exudados son materiales altamente resistentes a la degra-dación y a los procesos biogeoquímicos, que tie-nen lugar tras la deposición del material bioló-gico en el suelo. La resina, al contrario que los tejidos vegetales, puede mantenerse inalterada durante periodos de cientos a miles de años. En periodos mayores y bajo circunstancias favora-bles en el medio geológico, tienen lugar proce-sos de polimerización que endurecen el material y lo hacen más resistente a la degradación, pu-diendo mantenerse inalterada durante decenas de millones de años. Esta resina, polimerizada y estabilizada en el medio geológico se conoce co-mo resina fósil o ámbar.

Los terpenos son importantes productos meta-bólicos presentes en todos los órdenes biológicos y desempeñan una gran variedad de funciones. Moléculas tan conocidas como el colesterol o mu-chas hormonas como la testosterona, pertenecen a ésta familia molecular. Para la planta son vitales, en tanto que actúan como mediadores esenciales en procesos de polinización y defensa contra in-fecciones y ataques de parásitos. Químicamente, los terpenos son polímeros del hidrocarburo iso-preno (2-metil-1,3-butadieno), y se clasi!can en grupos según el número de unidades de isopreno que los forman:

– Monoterpenos: Formados por dos unidades de isopreno. Están muy extendidos en todo el reino vegetal y son responsables de aromas muy cono-cidos. Su interés geoquímico es limitado debido a su volatilidad.

Sesquiterpenos: Formados por tres unidades de isopreno. Pueden ser lineales, mono, bi y tricícli-cos y se pueden clasi!car en 6 grupos según su precursor estructural: acíclicos, bisabolanos, ca-dalanos, himachalanos, germacranos y humula-nos. En las plantas juegan un importante papel como semioquímicos. También son precursores del color azul o violáceo de algunos hongos y "o-res.

Fig. 2.- Exudado resinoso de un árbol del género Cupressus, com-puesto mayoritariamente por los diterpenos ferruginol, totarol y áci-dos dihidroagátólico y pimárico.

113La composición molecular del ámbar de el soplao-rábago como biomarcador paleobotánico

Su interés quimiotaxonomico es limitado debido a su amplia distribución en todas las plantas, brio-!tas y hongos. La presencia de esqueletos carbo-nados de sesquiterpenos, en especial derivados de cadinano, en petróleos y rocas sedimentarias cons-tituye un biomarcador de plantas terrestres. Por el momento, el mayor interés se centra en algunos derivados del bisabolano, el cedrol y cupareno y moléculas relacionadas, considerados biomarca-dores especí!cos de Cupressaceae (cipreses). Asi-mismo, los derivados del germacrano, presentes en todas las coníferas (Otto y Wilde, 2001), pueden tener importancia como precursores de los deri-vados de azuleno, encontrados en las muestras de ámbar y hojas fósiles de El Soplao. Los sesquiter-penos y monoterpenos son moléculas ligeras y las responsables del aroma de las coníferas (el carac-terístico “olor a pino”) y otros aromas vegetales.

Diterpenos: formados a partir de cuatro unida-

des de isopreno. Son excelentes biomarcadores de coníferas, ya que son los constituyentes princi-pales de sus resinas y tejidos (Simoneit, 1986). Es-tán muy diversi!cados e incluyen hidrocarburos insaturados, compuestos fenólicos y ácidos, los llamados ácidos resínicos. Los diterpenos pueden ser clasi!cados en:

Diterpenos biciclicos: incluyen las moléculas basa-das en el esqueleto del labdano (Fig. 4). Están ex-

tendidos en todas las coníferas y la mayor parte de los ámbares son producto de polimerización de estas estructuras (Lambert et al., 2008). Así pues podemos considerarlos biomarcadores ge-néricos de coníferas. Su síntesis bioquímica tiene lugar a partir del geranilgeraniol (Fig. 5).

Diterpenos tricíclicos: Dentro de estos podemos en-contrar un tipo muy importante desde un pun-to de vista geoquímico: las moléculas con el es-queleto del abietano (Fig. 4). Estas moléculas se sintetizan a partir del copalil fosfato por dos vías principales: la vía del isopimaradieno, que con-duce a los abietanos fenolicos y al acido pimari-co, y la vía del abietadieno, que conduce al ácido abiético. Aunque todas las coníferas presentan derivados de abietano, la presencia de los ácidos abietanoicos (ácido abiético y su producto de oxi-dación, ácido dehidroabiético) es mayoritaria en las resinas de Pinaceae (Hautevelle et al., 2008) y rara en otros tipos, como las Cupressaceae. En efec-to, el hecho de que constituyen dos vías metabóli-cas diferenciadas se evidencia en el contenido en ferruginol en coníferas de la familia Cupressaceae y la ausencia de estos últimos con presencia ma-yoritaria de acido abietico en resinas de Pinaceae. Otro tipo estructural importante desde un punto de vista geoquímico y taxonómico es el de los de-rivados de totarano. La presencia de este esque-leto descarta el origen botánico Pinaceae y Arauca-riaceae (Cox et al. 2008), hecho de gran importan-cia en el estudio de la paleo"ora. La biosíntesis de los terpenoides con esqueleto de totarano no está elucidada.

Fig. 3.- Ejemplos de monoterpenos muy conocidos. El pineno es uno de los principales responsables de la "uidez de las resinas de coní-feras frescas. Su evaporación conlleva el endurecimiento de éstas.

Fig. 3.- Ejemplos de sesquiterpenos.

Fig. 4.- Clasi!cación de los diterpenos más relevantes geoquímica-mente, en función de la estructura del esqueleto carbonado de su hi-drocarburo prototípico.


Diterpenos tetracíclicos: Su biosíntesis sigue una vía alternativa a la de los diterpenos triciclicos, utilizando como precursor el ent-copalil difosfa-to, que conduce a los terpenoides de la familia del kaurano, extendidos en resinas de coníferas de las familias Araucariaceae, Pinaceae y mas rara-mente Cupressaceae. La vía del kaurano conduce a la síntesis de un tipo muy importante de diter-penoides: las gibberelinas. Estas moléculas son hormonas vegetales que regulan el crecimiento la germinación, "oración y maduración del fru-to. Desde un punto de vista quimiotaxonómico, la presencia de diterpenoides con el esqueleto de kaurano, !locladano o beyerano sugiere la fami-lia Araucariaceae como fuente biológica de la resi-na (Hautevelle et al., 2006).

Triterpenos: Formados por seis unidades de iso-preno. Son moléculas muy importantes geoquí-micamente dado que constituyen biomarcadores relevantes. Los esteroides como el colesterol o los

esteroles vegetales, pertenecen a ésta familia mo-lecular. En coníferas, los triterpenos son poco co-munes, siendo identi!cados sólo en algunas es-pecies de Pináceas, en Criptomerias y algunas especies de Podocarpus. Sin embargo, en angios-permas, metazoos, hongos, bacterias y algas son muy frecuentes.

Globalmente, las resinas de coníferas están cons-tituidas fundamentalmente por una mezcla de di-terpenos bi y tricíclicos, mono y sesquiterpenos y ocasionalmente, triterpenos (Otto y Wilde, 2001) sintetizados biológicamente por polimerización directa a partir de un derivado de isopreno, el isopentenil difosfato (Fig. 5).

Aunque las coníferas sintetizan una enorme va-riedad de terpenos, con más de 7500 estructuras moleculares bien de!nidas cuyas rutas bioquími-cas están lejos de ser elucidadas, se conocen rela-tivamente bien las rutas principales que condu-

Fig. 5.- Esquema general de la bioquímica del isopreno, con las principales rutas metabólicas diferenciadas ("echas azules) que conducen a las diferentes familias de terpenoides o isoprenoides.


cen a los principales terpenos vegetales (Fig. 5). El isopentenil difosfato es producido en plantas por dos vías: a partir de 1-desoxy-D-xilulosa en el cloroplasto, para producir mono y diterpenoides (ruta MEP/DOXP) y a partir de acetil coenzima A en el citosol, para producir sesquiterpenoides

por la vía del mevalonato. El resto de eucariotas y bacterias no expresan la vía MEP/DOPX, lo que expresa la gran diferencia existente entre las com-posiciones de terpenoides de plantas superiores y otros organismos. Desde un punto de vista qui-miotaxonomico de coníferas nos interesan princi-

Fig. 6.- A: Per!l cromatográ!co (GC-MS) de los componentes mayores de la resina de cedro blanco (Cupressus lusitanica, excluyendo ácidos). B: Per!l cromatográ!co de los componentes mayores de la resina de kauri (Agathis australis, excluyendo ácidos). Las líneas punteadas indican componentes diterpénicos comúnes en ambas resinas: un derivado del kaurano y un pimarano.


palmente los sesquiterpenos y diterpenos. En co-níferas, los triterpenos constituyen una contribu-ción menor desde el punto de vista cuantitativo y, dado que no se han hallado en las muestras de ámbar objeto de este estudio, no los considerare-mos en este artículo.

Hay que advertir aquí que el estudio quimiota-xonómico esta aun en una fase muy temprana de desarrollo, por lo que los conocimientos son limitados y con el tiempo muchas moléculas ve-rán disminuida su relevancia como biomarcado-res, en tanto que aparecerán otras especí!cas. En cualquier caso, el estudio detallado de las com-posiciones de resinas actuales constituye una he-rramienta sumamente útil para la interpretación de los datos composicionales del ámbar. Esta he-rramienta es bidireccional: los datos contenidos en el ámbar pueden ayudar a reconstruir el árbol !logenético y trazar el proceso evolutivo que han seguido las coníferas.

Podemos considerar como ejemplo el caso del fe-rruginol, por su relevancia en el estudio del ám-bar del norte de España. El ferruginol es un diter-peno fenólico muy abundante en las resinas de las familias Cupressaceae y Podocarpaceae (Fig. 6). Sin embargo, está ausente en las resinas de la fa-milia Araucariaceae y, a pesar de datos publicados que indican que algunas especies de ésta fami-lia pueden contenerlo, nuestro laboratorio no ha podido hallarlos en ninguna resina de Araucaria o Agathis analizada. Así, en resinas se conside-ra que el ferruginol es un biomarcador especí!-co. Por otro lado, la presencia de diterpenos de la familia del kaurano se ha considerado tradicio-nalmente como indicativa de la familia Arauca-riaceae, al no estar presentes en otras familias de coníferas. Esta apreciación es incorrecta, ya que los kauranos se hallan también, aunque en canti-dades inferiores, en las resinas de Cupressaceae y Podocarpaceae así como en algunas Pináceas.

Sin embargo, esta información, obtenida del aná-lisis del fenotipo de coníferas actuales, ¿es extra-polable al Cretácico? Es decir, ¿la presencia signi-!cativa de ferruginol en un ámbar y la ausencia o presencia muy minoritaria de kauranos impli-ca que la fuente botánica no puede considerarse Araucariaceae?. Si tenemos en cuenta que las Po-docarpaceae, en cuyas resinas es frecuente hallar ferruginol, y Araucariaceae eran mono!léticas, tal

vez nos encontrásemos ante una especie extinta perteneciente a la familia Araucariaceae cuya vía metabólica de síntesis de ferruginol estuviera ac-tiva. Por tanto, si bien la composición de las resi-nas actuales puede ser una orientación importan-te en el estudio del ámbar, las respuestas obteni-das no pueden considerarse de!nitivas.

GEOQUÍMICA ORGÁNICA DE LOS TERPENOS DE CONÍFERAS

Podemos de!nir la diagénesis como todos los procesos químicos, bioquímicos, químico-físicos y estructurales que tienen lugar en los compo-nentes, tanto minerales como orgánicos, de un sedimento durante el periodo de consolidación a roca sedimentaria. La diagénesis tiene lugar a presiones y temperaturas bajas desde el punto de vista geológico. Con el incremento de presión y temperatura, la diagénesis va terminando gra-dualmente, dando lugar a los procesos de meta-mor!smo.

Durante la diagénesis, en el sentido de aplicación del término al ámbito de la geoquímica orgánica, las resinas de coníferas depositadas en el sedi-mento (suelo) se transforman gradualmente en el ámbar. La composición del ámbar resultante di-!ere de la resina original, generándose unos com-puestos característicos que denominamos geoter-penos, para diferenciarlos de los bioterpenos o productos naturales (natural products) en la lite-ratura en inglés, que constituyen sus antecesores biológicos. La correlación entre los geoterpenos y sus precursores constituye un problema com-plejo, debido a que un mismo geoterpeno puede proceder de diversos precursores, a la perdida de información que tiene lugar en la molécula du-rante su degradación y sobre todo a la falta de información quimiotaxonómica.

Un ejemplo que ilustra este proceso es la forma-ción del cadaleno, un importante biomarcador de plantas terrestres, y otras moléculas relacionadas, a partir de sesquiterpenos de la familia del cadi-neno (Fig. 7).

La correlación entre los geoterpenos presentes en el ámbar y sus precursores se basa en el conoci-miento preciso de la composición molecular de las resinas de árboles actuales. En el momento

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en el que un geoterpeno es vinculado inequívo-camente a un precursor biológico hallado en una muestra actual, el geoterpeno se convierte en un fósil molecular o biomarcador especí!co de la es-pecie que sintetizó el precursor. Esto ocurre muy pocas veces, con lo cual la mayor parte de los geoterpenos son biomarcadores poco especí!cos de coníferas o inespecí!cos de plantas superiores en general.

A este problema hay que añadir el hecho de que existen geoterpenos derivados de géneros vege-tales extintos, cuya bioquímica es desconocida, con lo que no se pueden vincular a un origen claro. En este problema, el ámbar constituye un elemento de gran valor, ya que en su estructura conserva biomoléculas que, una vez vinculadas con su origen biológico con ayuda del estudio de los fósiles asociados y las inclusiones, nos per-mite conocer las rutas biosinteticas activas en la planta original. Así, el estudio de la composición del ámbar puede aportar datos importantes a la paleobotánica y la !logenia.

Otro factor esencial en la correlación de una re-sina fósil con su precursor biológico es el conoci-miento de todos los procesos químicos que pue-den tener lugar en el periodo de diagénesis. Estos procesos químicos incluyen reacciones redox y de desproporcion (Otto et al., 2007), perdida de rami!caciones y de dobles enlaces en medios anaeróbicos (Simoneit et al., 1986), ciclaciones, rupturas y aromatizaciones en medios aeróbicos, alteraciones químicas debidas a degradación bac-teriana o presencia de ciertos minerales y combi-naciones de todos los factores citados (Tavendale et al., 1997), que conducen en general a mezclas de productos muy complejas que di!cultan la identi!cación y la obtención de conclusiones en cuanto al origen de las moléculas encontradas. La diagénesis de los diterpenos derivados del lab-dano es de especial relevancia en el ámbar. Uno de los primeros pasos que tienen lugar tras la de-posición es la polimerización de los derivados del labdano (Fig. 8), que conduce a la formación de un copolímero de diversos labdanoides (ácido comú-nico, biformeno, esclareno) con otros componentes presentes en la resina, como estireno o cadineno. La gran mayoría de los ámbares encontrados a nivel mundial tienen como estructura fundamen-tal este copolimero de labdano, estructura que le con!ere su dureza y características que motivan

su uso ornamental. La alteración del polilabdano durante la diagénesis da lugar a componentes de menor peso molecular que son característicos de este tipo de ámbar. Los más importantes son: el alfa-ioneno y derivados con estructura terpenoide de 14 a 19 carbonos, considerados un indicador de este tipo de polímero. En conjunto, la degradación de la superestructura del ámbar da lugar a una amplia serie de derivados del naftaleno y la tetra-lina, que constituyen la fracción mayoritaria de los extractos orgánicos del ámbar (Otto y Simoneit, 2002). La composición y abundancias relativas de los productos biciclicos de 14 y 15 carbonos y de derivados biciclicos completamente aromatizados (naftalenos y tetralinas) son de importancia para conocer el grado de maduración del ámbar (Lam-bert et al., 1993).

Fig. 7.- Formación de geoterpenos derivados de sesquiterpenos vege-tales por diagénesis reductiva y oxidativa (aromatización).


La diagénesis de los diterpenos triciclicos deriva-dos del abietano conduce a una serie de compo-nentes comunes en los que se retiene el esqueleto original. Las principales reacciones diageneticas de estos bioterpenos implican desfuncionaliza-ciones como son la descarboxilacion, pérdida de

hidroxilo, la desmetilacion y las aromatizaciones (Fig. 9). La descarboxilacion y la pérdida de hidro-xilo da lugar a uno de los principales geoterpe-noides, considerado biomarcador de coníferas: el dehidroabietano. La desmetilacion del dehidroa-bietano conduce a la dehidroabietina. Estas dos

Fig. 9.- Esquema general de la diagénesis de diterpenos de la familia del abietano, que conduce a la formación de moléculas de gran importancia en geoquímica orgánica. En fuentes muy ricas de abietanos, como las resinas de Pináceas, donde el ácido abiético es dominante, la acumulación de sus geoterpenos derivados llega a ser muy signi!cativa, como en el caso de la madera fósil del Holoceno en Fichtelgebirge (Alemania), donde la !chtelita alcanzó el estatus de especie mineral.

Fig. 8.- Diagénesis de los principales labdanos de resinas. La polimerización para dar lugar a un material polimérico compuesto, que implica el curado y endurecimiento de la resina, es el paso fundamental en la formación del ámbar. La alteración y ruptura de estas estructuras conduce a una completa colección de moléculas basadas en el naftaleno y tetralina. Todas las estructuras mostradas han sido halladas en el ámbar de El Soplao.


moléculas pueden evolucionar en medios oxida-tivos a simonellita y al derivado completamente aromatizado, el reteno. En medios anóxicos y reductores, o por reacción de desproporción, por el contrario, es más relevante la formación de los derivados completamente saturados, como el no-rabietano o la !chtelita. No obstante, estos pro-cesos nunca tienen lugar aislados, sino que a lo largo de la maduración del ámbar, se suceden di-versas fases oxidativas o reductoras, que condu-cen a una mezcla de componentes con diversos grados de aromatización (Otto y Simoneit, 2002), si bien en el ámbar es mas frecuente encontrar las formas reducidas, como la dehidroabietina, en tanto que en sedimentos u otros restos fósiles, es más habitual encontrar las formas aromatiza-das, como el reteno, un biomarcador clásico de gimnospermas muy utilizado en petróleos para el cálculo de la contribución de materia orgánica de origen terrígeno.

Un caso particularmente importante de estas vías de alteración diagenética es el de la formación de !chtelita en grandes cantidades en el bosque fosilizado de Fichtelgebirge (Bavaria, Alemania), en el que la madera de Pináceas, cuya resina está formada básicamente por ácido abiético, en un ambiente extremadamente reductor, condujo a la acumulación de masas de !chtelita, en lugar de la formación de ámbar

Un caso particular importante en el estudio de los ámbares del Cretácico es el ferruginol, que, como hemos visto, es un componente principal en la re-sina de las Cupresáceas. La estructura fenólica del ferruginol es especialmente resistente a la suave diagénesis que implica la formación del ámbar, por lo que éste bioterpeno, de estar en la resina original, se mantiene en cantidad signi!cativa en la resina fósil resultante. Tan solo se observan procesos de aromatización, produciéndose una serie de derivados (Fig. 10), cuya determinación nos permite evaluar el contenido total original de ferruginol.

El estudio de la composición molecular del ám-bar nos permite, por tanto, establecer modelos de alteración química por diagénesis, que ayudan a entender el origen de hidrocarburos presentes en materiales orgánicos geológicos. Un campo de estudio en desarrollo, motivado por la com-plejidad química del ámbar, es la paleoquimiotaxo-

nomía experimental, que consiste en la simulación en laboratorio de los procesos de diagénesis que sufren los terpenos biológicos en el ámbar y los sedimentos, a !n de establecer correlaciones mas precisas entre las complejas mezclas encontradas en el material geológico y los posibles materiales de origen.

COMPOSICIÓN DE LOS ÁMBARES CRETÁCICOS DEL NORTE DE LA PENÍNSULA IBÉRICA. GENERALIDADES.

Químicamente, el ámbar consta de dos fraccio-nes fundamentales: una fracción macromole-cular, polimérica, insoluble en disolventes or-gánicos y una fracción extraíble en disolventes orgánicos y que constituye entre el 10 y el 30% del peso total. Esta fracción extraíble es muy compleja, ya que suele contener entre 600 y más de 2000 moléculas distintas, y su estudio e inter-pretación no están exentos de di!cultades. Pero, como aspecto positivo, puede contener relictos

Fig. 10.- Ruta de alteración del bioterpeno ferruginol en el ámbar.


de bioterpenos no modi!cados y, por tanto, nos puede aportar una información botánica direc-ta.

El análisis de la estructura molecular permite la categorización de los ámbares en diversas cla-ses (I a V, Anderson et al. 1992) según las ca-racterísticas de los monómeros que componen la estructura macromolecular, presencia o au-sencia de ácido succínico y el grado de polimeri-zación. El análisis de la composición molecular de la fracción extraíble, compuesta como hemos explicado por geoterpenos y relictos de bioter-penos, proporciona información especí!ca del ámbar de cada yacimiento y permite evaluarlo como biomarcador en el estudio de la paleosis-temática, quimiotaxonomía y !logenia, además de permitirnos mejorar nuestro conocimiento de los procesos químicos que sufren las molécu-las biológicas en el ambiente geológico.

De modo general, los ámbares cretácicos del nor-te de la Península Ibérica, cuyos yacimientos se extienden formando una faja que abarca desde la depresión Centro-Asturiana en el extremo oc-cidental hasta la Cuenca del Maestrat, en el ex-tremo oriental (Delclòs et al. 2007; Alonso et al., 2000), los podemos clasi!car según su composi-ción en dos grandes tipos:

Tipo I

Contiene, en su fracción diterpénica, como com-ponente mayoritario el 16,17,18-trisnorabieta-8,11,13-trieno, además de cantidades signi!ca-tivas de dehidroabietina y ferruginol. Es rico en terpenos de la familia del abietico y en ácidos de la familia del labdano y el pimarano.

El componente principal de éste tipo es un geoterpeno posiblemente derivado por diagéne-sis de los ácidos pimáricos, también presentes en el ámbar, (Fig. 11). Esta ruta diagenética ha que-dado claramente establecida a partir del estudio en profundidad del ámbar de El Soplao, un ám-bar del tipo I.

Tipo II

El segundo grupo carece o contiene cantidades muy pequeñas de dehidroabietina y otros ter-penos de la familia de los abietanos, carece o

contiene una proporción inferior de ferruginol y contiene proporciones muy bajas de pimara-nos. La molécula dominante en este grupo es el hidrocarburo ambereno (1,6-dimetil-5-isopentil tetralina) descrito por primera vez por nuestro laboratorio gracias al estudio de la composición del ámbar de El Soplao. Este hidrocarburo pue-de provenir de la alteración de labdanos o bien de la diagénesis de algunas moléculas relacio-nadas con los clerodanos, como el ácido kolavé-nico. Esta posibilidad está motivada por la pre-

Fig. 11.- Ruta de diagénesis de los ácidos pimáricos (pimárico e iso-pimárico, no mostrado) para formar el compuesto mayoritario en el extracto de los ámbares del primer tipo. Todas las moléculas mostra-das han sido halladas en el ámbar de El Soplao, lo que ha permitido esclarecer ésta ruta diagenética.


sencia signi!cativa de clerodanos en este tipo de ámbar, concretamente de 15,20-bisnorkolavano y 15,20-bisnorkolav-3-eno y la relación directa entre la proporción de éstos y la de ambereno. Los kolavanos, asi como ambereno, también es-tán presentes en los ámbares del tipo I, pero en una proporción inferior respecto de los pimara-nos/abietanos. El ámbar de tipo II presenta una cantidad importante de un hidrocarburo de la familia del adamantano cuya estructura no ha sido elucidada todavía, y de un xilil-alcano. Am-bos constituyen un indicador especí!co y que es especialmente abundante en los ámbares de la zona oriental de la Cuenca Vasco Cantábrica y de la Cuenca del Maestrat.

La distribución de ambos grupos composiciona-les a lo largo de la faja de ámbar de la Península sigue una tendencia claramente de!nida: si bien los ámbares del primer tipo se concentran en la Cuenca Vasco-Cantábrica, restringiéndose, se-gún nuestros estudios, a Cantabria, los del segun-do tipo están más extendidos a lo largo de la faja de yacimientos de ámbar, siendo especialmente abundantes en la Formación Escucha. Es posible que el primer tipo composicional este asociado a árboles ligados a zonas costeras con un alto grado de transgresión marina, posiblemente adaptados a suelos inundados y con mayor salinidad, simi-lares a los actuales manglares.

Estos datos abren una perspectiva paleobotánica muy interesante debido a dos motivos:

Primero, en plantas modernas, nuestro labora-torio ha localizado los clerodanos, incluyendo el ácido kolavénico, por primera vez en resinas del género Araucaria, pudiendo constituir un bio-marcador especí!co de ésta familia. En algunas especies de Araucaria, como Araucaria bildwillii, los ácidos kolavénico e isokolavénico son com-ponentes principales de la resina, junto con los ácidos labdanoicos (copálico, agático, comúni-co) y los abietanos, siendo los kauranos muy mi-noritarios o inexistentes, a diferencia del género Agathis.

Segundo, los datos analíticos de los ámbares Cretácicos del norte de la Península Ibérica in-dican que tienen al menos dos fuentes botánicas diferenciadas. Como hemos visto, las resinas del tipo II muestran una clara relación con las mo-dernas coníferas del género Araucaria. Las re-sinas del tipo I, caracterizadas por la riqueza en abietanos, pimaranos, presencia de ferruginol y ambereno, constituye un caso único que apun-ta a una resina original distinta composicional-mente a las resinas de coníferas actuales, siendo las más próximas las de las familias Cupresá-ceas y Podocarpáceas, aunque sin un equivalen-te actual de!nido.

Yacimiento Tipo Terpenos extraíbles principales

El Soplao-Rábago (Cantabria) ITrisnorabietatrienos, ambereno, dehidroabietano, dehidroabietina, ferruginol, ácidos pimáricos.

Peñacerrada (alava) II Ambereno, kolavanos, ácidos labdanoicos

Sant Just (Teruel) II Ambereno, kolavanos, ácidos labdanoicos

Fonfría (Cantabria) II Ambereno, kolavanos, ácidos labdanoicos

Cuchía (Cantabria) II Ambereno, kolavanos, ácidos labdanoicos

Oreña (Cantabria) I*1,5,8-trimetiltetralina, trisnorabietatrienos, ambereno, ácido bisnordehidroabiético, ferruginol.

El Caleyu (Asturias) II Ambereno, ácidos labdanoicos.

Reocín (Cantabria) II Ambereno, kolavanos, ácidos labdanoicos

Ruiloba (Cantabria) ITrisnorabietatrienos, dehidroabietano, dehidroabietina, ambereno, ferruginol, ácidos pimáricos.

Tabla 1.- Clasi!cación de algunos ámbares cretácicos del norte de la Península Ibérica en función de sus componentes principales. El ámbar de Oreña (indicado con un asterisco) aunque pertenece al primer grupo, muestra una historia diagenética distinta revelada por sus productos de degradación, tal vez por circunstancias particulares del yacimiento.


La idea de una resina original distinta de las re-sinas actuales, posiblemente perteneciente a una especie extinta, se fortalece por el hecho de que en ámbares post-cenomanienses de la Península Ibérica, como es el caso del ámbar turoniense de Soto del Real (Madrid), tanto el ambereno como los clerodanos derivados del kolavano desapare-cen, indicando un cambio paleobotánico impor-tante.

El estudio detallado de la resina fósil de El So-plao-Rábago, como modelo de este tipo de resi-na perteneciente a una especie no correlaciona-ble con familias modernas de coníferas, así como el estudio de la composición molecular de fósi-les vegetales asociados, apoya la idea de que po-demos estar ante la resina de una familia extinta de coníferas cuyos equivalentes modernos más próximos son las familias de Cupresáceas y Po-docarpáceas. La presencia de abundantes restos fósiles de Frenelopsis, un género de la extinta fa-milia de coníferas Cheirolepidiaceae sugiere la hipótesis de que los ámbares del tipo I pueden ser resinas fósiles de ésta familia.

METODOLOGÍA ANÁLITICA.

El análisis de la composición molecular del ám-bar se lleva a cabo mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). Para ello se realiza una extracción con di-solventes orgánicos (diclorometano/metanol) del ámbar, cuidadosamente seleccionado para que se encuentre libre de inclusiones que pue-dan añadir componentes ajenos a la resina y pul-verizado. El extracto obtenido (Fig. 12) se ana-liza para obtener los componentes mayoritarios y, posteriormente, se somete a un complejo y laborioso proceso de separación en fracciones, obteniéndose inicialmente una fracción apolar formada por hidrocarburos y dos fracciones po-lares, una conteniendo compuestos fenólicos y otra formada por compuestos ácidos y que pre-sentan el mayor interés, al contener los relictos de bioterpenos originales no alterados. La puri-!cación de ferruginol, ambereno y 12-hidroxisi-monellita mediante HPLC a partir de estas frac-ciones ha permitido con!rmar estructuralmente éstas moléculas, subrayando la importancia de los terpenos fenólicos como indicadores paleo-botánicos en el ámbar de El Soplao. Las fraccio-

nes polares se analizan mediante GC-MS tras la transformación de los grupos alcohólicos y áci-dos en sus derivados trimetil-sililados.

COMPOSICIÓN Y QUIMIOTAXONOMÍA DEL ÁMBAR DE EL SOPLAO

El ámbar de El Soplao-Rábago presenta unas ca-racterísticas únicas dentro de los ámbares cretá-cicos del norte de España. Afortunadamente, la gran abundancia, preservación y extraordinaria calidad de las muestras encontradas en el yaci-miento han permitido el estudio profundo de su composición química, resultando ser de!nitorio de un tipo bien diferenciado desde un punto de vista químico y paleobotánico.

El extracto del ámbar de El Soplao contiene algo más de 1200 especies moleculares, de las cuales 75 constituyen el 95% del peso total. El compo-nente mayoritario es el 16,17,18-trisnorabieta-8-11-13-trieno, que constituye un 8% del peso total del extracto (Fig. 13). Este compuesto, junto con ambereno, dehidroabietano, dehidroabieti-na, ferruginol y ácidos labdanoicos constituyen el 26% del total. Otro porcentaje similar se co-rresponde con hidrocarburos derivados de naf-taleno y tetralina, de escaso valor taxonómico, procedentes de la ruptura de la estructura del ámbar. Estos componentes con!eren olor carac-terístico y "uorescencia intensa al ámbar y dan una idea de la maduración térmica del ámbar: mayor contenido de hidrocarburos ligeros se aso-cia con mayor maduración térmica. Sin embargo,

Fig. 12.- Extracto crudo del ámbar de El Soplao. Este material, un aceite viscoso de agradable olor resinoso con un toque alquitranado, está formado por una mezcla compleja de terpenos y constituye el 16% del peso total del ámbar de éste yacimiento.


Fig. 13.- Per!l cromatográ!co total del ámbar de El Soplao (A), mostrando sus componentes más relevantes. A !n de comparación, se muestra el per!l cromatográ!co de un ámbar de tipo composicional II: el ámbar de la cantera de Cuchía, en Cantabria (B).


Fig. 14.- A: Per!l cromatográ!co del producto de puri!cación parcial del ferruginol del ámbar de El Soplao, que muestra la presencia de totarol, entre otros compuestos oxigenados. B: Per!l cromatográ!co de la fracción ácida del ámbar de El Soplao, que contiene ácidos preservados de la resina original junto con sus productos de alteración diagenética más inmediatos.


este tipo de hidrocarburos no explican la pecu-liar coloración azul del ámbar de El Soplao, color especialmente intenso bajo la luz solar (Fig. 1). Esta coloración podría deberse a hidrocarburos derivados del azuleno, como el chamazuleno, de intenso color azul violáceo, especialmente bajo la luz solar, presentes en el ámbar. Sin embargo no podemos descartar que se trate de un efecto físi-co. La coloración azul del ámbar de El Soplao es fotosensible, decayendo rápidamente con el tiem-po y la exposición al sol. En general, los datos moleculares con!rman que el ámbar de El Soplao procede de una conífera, cuya resina original es-taba dominada por abietanos ácidos y fenólicos, ácidos pimáricos y ácidos labdánicos, siendo los equivalentes modernos más próximos las resinas de Cupresáceas y Podocarpáceas.

Bioterpenos del ámbar de El Soplao

El análisis de la fracción polar del extracto de ám-bar muestra una serie de bioterpenos no transfor-mados por diagénesis, que pueden aportar pis-tas importantes desde el punto de vista paleobo-tánico. Posiblemente, el más importante de éste tipo sea el ferruginol. Este se presenta inalterado, junto con la 12-hidroxisimonellita e isómeros del dehidroferruginol, un producto de oxidación ha-bitual de aquel (Otto y Simoneit, 2001) sugieren que la concentración original de abietanos fenóli-cos debió ser elevada.

Mas reveladora aún que la presencia de ferrugi-nol es la puri!cación de éste compuesto a partir del extracto de ámbar (Fig. 14A). En efecto, al ais-lar y puri!car la fracción de abietanos fenólicos presentes en el ámbar, el ferruginol se aísla junto con su isómero totarol, de características quími-cas similares y que pasa desapercibido en el aná-lisis del extracto total. El totarol se considera un biomarcador especí!co de árboles actuales de las familias Cupressaceae y Podocarpaceae, aunque esté

presente en cantidades a nivel de traza (Stefano-va y Simoneit, 2008). Teniendo en cuenta que el ámbar está asociado a abundantes fósiles de Fre-nelopsis, conífera de la extinta familia Cheirolepi-diaceae, y dado que ha quedado claro que el ám-bar de El Soplao, del tipo composicional I, proce-de de una fuente botánica distinta de los ámbares del tipo II, más comunes, toma forma la hipótesis de que éste ámbar puede constituir una prueba

de que las coníferas extintas del género Frenelop-sis expresaron vías biosintéticas similares a las ac-tuales Cupressaceae y Podocarpaceae. La fracción ácida del extracto del ámbar de El So-plao (Fig. 14B) completa la información conteni-da en forma de bioterpenos preservados y sus productos de alteración más inmediatos. Esta fracción está compuesta fundamentalmente por ácidos de la familia de los labdanos, incluyendo varios isómeros del ácido agático, ácido agatóli-co y ácido dihidroagatólico. Estos ácidos, muy en especial éste último, identi!cado por vez prime-ra por nuestro laboratorio, son abundantes en las resinas de las actuales Cupresáceas. Hasta la fe-cha no hemos hallado el ácido dihidroagatólico en resinas de otras familias de coníferas. La poli-merización de éstos ácidos y otras moléculas al-tamente insaturadas, un proceso que tiene lugar durante los primeros 0.1-10 millones de años tras la deposición de la resina, conlleva la formación del ámbar a partir del copal, resina de conífera no fosilizada hallada en entornos geológicos.La falta de ácido abietico y dehidroabietico des-carta la contribución por parte de árboles de la familia Pinaceae, en coherencia con el registro fó-sil. Sí que se han observado trazas de ácido calli-trísico, un isómero de ácido abiético presente en algunas especies de Cupresáceas, en especial las de género Callitris. Los ácidos tricíclicos mayori-tarios en la resina original que formó el ámbar de El Soplao eran el pimárico e isopimárico. Esto se puede deducir observando tanto la presencia de éstos ácidos, preservados sin transformar, como la de sus productos de alteración más inmediatos, como son los ácidos pimar-8-enoico e isopimar-8-enoico. La presencia de cantidades importan-tes de estos ácidos en la resina original es cohe-rente con la idea de una conexión entre las vías biosintéticas de Cheirolepidiáceas y Cupresáceas, ya que los ácidos pimáricos son componentes im-portantes de éstas últimas.

Frenelopsis como progenitor fósil del ámbar de El Soplao.

Afortunadamente, el ámbar de El Soplao estaba acompañado por un abundante registro fósil con un grado de preservación muy elevado. Es inme-diato entonces realizar un estudio detallado de la composición de los restos fósiles de la conífera Frenelopsis (Menor-Salván et al., 2010), de modo que se pueda establecer una relación directa con


el ámbar del yacimiento. A pesar de que espera-mos que la preservación de terpenos en las hojas y otro material vegetal fósil sea menor, la resini-ta presente en los restos puede haber preservado una representación molecular su!ciente para dar un resultado positivo.

En efecto, el análisis de los restos fósiles de Fre-nelopsis indica que la materia orgánica extraíble, una vez separada la fracción de hidrocarburos saturados lineales por !ltración a través de un tamiz molecular de zeolita, está formada funda-mentalmente por azufre, procedente de la altera-ción de la gran cantidad de pirita del yacimiento, biomarcadores generales de plantas superiores y terpenos. A pesar de que los compuestos aroma-tizados son más dominantes en los restos vegeta-les que en el ámbar, donde prevalecen los proce-sos reductores, hay una identi!cación clara entre los biomarcadores observados en Frenelopsis y en el ámbar, siendo los terpenos mayoritarios el 16,17,18-trisnorabieta-8,11,13-trieno, la dehidroa-bietina, simonellitas, reteno y ferruginol.

Por tanto, existe una coherencia entre la com-posición molecular del ámbar de El Soplao y la de fósiles de Frenelopsis en el mismo yacimiento. Parece acertado a!rmar entonces que el ámbar de éste yacimiento constituye la primera des-cripción de una resina fósil de una familia de coníferas extinguida. A pesar de existir diferen-cias, no pudiendo considerarse equivalentes, los resultados analíticos sugieren que las coníferas Cheirolepidiaceae y las modernas Cupresáceas tie-nen en común algunas vías metabólicas funda-mentales en la síntesis de sus resinas, como son la formación de abietanos fenólicos, ácidos agá-ticos y pimaranos.

Geoterpenos del ámbar de El Soplao.

Si nos centramos en la composición molecular co-rrespondiente a los diterpenos de origen diage-nético, el extracto orgánico del ámbar (Fig. 13A) está dominado por dos hidrocarburos: el ambe-reno y el 16,17,18-trisnorabieta-8,11,13-trieno. El origen del primero de ellos aún es objeto de estu-dio y puede provenir de los ácidos relacionados con el agático o bien, en una hipótesis que baraja-mos actualmente (Menor-Salván et al. 2014), pu-diera provenir de la diagénesis del ácido kolavé-nico, presente en cantidad importante en algunas

resinas actuales de los generos Araucaria, Pinus y Cupressus. También es posible que se trate de un producto de ruptura de la estructura macromo-lecular del ámbar, junto con toda la colección de derivados del naftaleno y la tetralina.

El compuesto mayoritario, 16,17,18-trisnorabie-ta-8,11,13-trieno, parece claro que es un deriva-do diagenético relacionado con los ácidos pimá-ricos, como hemos explicado anteriormente (Fig. 11). En cualquier caso, el establecimiento de ru-tas diagenéticas no es una tarea sencilla, ya que superponiéndose con las reacciones esperadas de desfuncionalización y oxido-reducción, tenemos isomerizaciones y otras reacciones de difícil pre-dicción que incrementan notablemente la compo-sición !nal del ámbar. Por ello, el estudio de los geoterpenos tiene un valor taxonómico o paleo-botánico limitado, excepto en los casos en los que el esqueleto hidrocarbonado del bioterpeno origi-nal se ha mantenido intacto y en los casos donde se puede establecer una correlación entre la mate-ria orgánica a !n de averiguar fuentes biológicas comunes.

No obstante, sí que pueden encontrarse molécu-las singulares en el registro de productos de dia-génesis. Es el caso de los hidrocarburos relacio-nados con el azuleno, relativamente comunes en carbones. Se han encontrado cantidades signi!ca-tivas de guaiazuleno, camazuleno y 4,6,8-trimeti-lazuleno en los restos fósiles. En cantidad menor, también se encuentran en el ambar de El Soplao, pudiendo ser la causa de la coloración caracterís-tica del mismo, para el cual se había propuesto en principio un origen basado en la presencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos, como peri-leno, causante del color azulado en el ambar do-minicano (Bellani y Giulotto, 2005), pero que en el caso de El Soplao debemos descartar tras estu-diar su espectro de "uorescencia. El origen de los derivados del azuleno en una resina de conífera no está claro, aunque podrían provenir de la al-teración diagenetica del guaieno y el guaiol, ses-quiterpenoides presentes en las actuales Cupres-saceae y Pinaceae (Otto y Wilde, 2001). Como ya comentamos anteriormente, no se puede descar-tar un origen físico para la coloración del ámbar de El Soplao. El ámbar pierde rápidamente su co-loración por exposición a la luz solar y dado que su espectro de "uorescencia parece coherente con los naftalenos, mucho más abundantes, podemos


considerar el origen de su particular coloración como una cuestión no cerrada.

Un aspecto importante de la composición de geoterpenos del ámbar es la estimación de su ma-duración térmica, procesos de alteración y otras circunstancias particulares del yacimiento. Por ejemplo, el contenido en derivados de naftaleno, se incrementa con la edad y maduración térmi-ca. Tradicionalmente, un indicador de campo del grado de maduración siempre ha sido la "uores-cencia. Una resina o copal carece o muestra una "uorescencia débil, en tanto que el ámbar mues-tra "uorescencia más intensa y pasando de todos verdosos o amarillentos al blanco azulado según se incrementa el grado de maduración. Los pro-cesos oxidativos o de meteorización implican un aumento de compuestos con oxígeno y pérdida de moléculas ligeras. En cambio, los incendios abiertos durante o tras la deposición del ámbar incrementarían la cantidad de aromáticos, como reteno, simonellita e hidrocarburos policíclicos aromáticos.

En general, la interpretación de la composición molecular del ámbar debe considerarse un tema en desarrollo. El avance del nuevo campo de la paleotaxonomía molecular experimental, en el que con ayuda del laboratorio se podrán predecir las poblaciones moleculares derivadas por diagé-nesis y otros procesos naturales a partir diversas biomoléculas de partida, nos permitirá revisar y mejorar las conclusiones obtenidas a partir del análisis del ámbar.

CONCLUSIONES

El estudio de la composición molecular de los ámbares cretácicos del Norte de la Península Ibé-rica nos muestra que pueden clasi!carse en dos grandes grupos composicionales, procedentes de resinas de coníferas de origen botánico diferente. El primer grupo se caracteriza por la presencia de ferruginol y totarol, dominancia de ácidos pimá-ricos y sus derivados de diagénesis y de ácidos agáticos y sus derivados. Su origen es una coní-fera que no puede correlacionarse directamente con ninguna conífera actual, basándose única-mente en los datos quimiotaxonómicos.El segundo grupo se caracteriza por contener el hidrocarburo ambereno, una nueva molécula des-

crita a partir de los ámbares de la Cuenca Vasco-Cantábrica, como componente principal, por la proporción inferior o ausencia de abietanos fenó-licos, siendo los ácidos agáticos y sus derivados así como los derivados del kolaveno sus diterpe-nos más reseñables desde el punto de vista bioló-gico. Su composición se correlaciona con las coní-feras actuales del género Araucaria.

El ámbar de El Soplao se engloba en el primer ti-po composicional. Una característica distintiva es la excelente preservación de bioterpenos pro-cedentes de la resina original, siendo rico en fe-rruginol y otros compuestos fenólicos y en ácidos resínicos. El estudio de estos terpenos preserva-dos muestra proximidad con las composiciones de resinas actuales de las familias de Cupresáceas y Podocarpáceas.

El estudio de la composición molecular de fósi-les de Frenelopsis, asociados al ámbar en el ya-cimiento, sugieren que el ámbar de El Soplao puede ser resina fósil de éste género extinto de conífera. Así, el ámbar de El Soplao proporciona la primera descripción quimiotaxonómica de la extinta familia de coníferas Cheirolepidiaceae y el estudio detallado de su composición permite es-clarecer las rutas diagenéticas de los diterpenos biológicos.

AGRADECIMIENTOS

Al Prof. Bernd Simoneit, de la Oregon State Uni-versity, quien me enseñó lo que necesitaba saber para estudiar la geoquímica orgánica del ámbar. Al Real Jardín Botánico de Madrid, sobre cuya co-lección de coníferas se ha estudiado la quimiota-xonomía de las resinas.

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El Control Microbiológico de las Paragénesis

Secundarias del Depósito de Las Cruces / FERNANDO TORNOS (1*), FRANCISCO VELASCO (2), CESAR MENOR -SALVÁN (3), ANTONIO DELGADO (4), JUAN MANUEL ESCOBAR (5)

(1) Centro de Astrobiología (CSIC-INTA). Ctra Ajalvir km 4.5. 28850 Torrejón de Ardoz (España) (2) Dpto. Mineralogía y Petrología, Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del País Vasco UPV/EHU, 48080 Bilbao (España) (3) Geospectra Scientific Solutions. Jadraque 1207, 19174 Torrejón del Rey, Guadalajara (España) (4) Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra IACT (CSIC-UGR). Avda. de las Palmeras, 4. 18100 Armilla, Granada (España) (5) Cobre Las Cruces S.A. 41860 Gerena, Sevilla (España)

INTRODUCCIÓN

El depósito de cobre de Las Cruces es la mina más reciente de la Faja Pirítica Ibérica y una de las que tiene una mayor ley en cobre del mundo. Es también un depósito muy inusual con desarrollo de unas asociaciones minerales secundarias con muy pocos equivalentes a escala global. Hay diversos trabajos que describen distintos aspectos del depósito (Doyle, 1996; Knight, 2000; Doyle et al., 2003; Capitan et al., 2004; Blake, 2008; Conde et al., 2007; Miguelez et al., 2010, 2011; Tornos et al., 2013; Yesares et al., 2014). Todos ellos tratan la presencia de unas rocas poco comunes, formadas por siderita y galena y enriquecidas en metales preciosos, que se encuentran encima de la zona de cementación, que es la de mayor interés económico y la que actualmente se explota. Estas rocas, englobadas dentro de los mal denominados gossan rojo y negro, tienen un origen controvertido y casi todos los autores proponen un modelo evolutivo diferente. En este trabajo se discuten las características geológicas y geoquímicas de estas rocas y se propone que su origen es biológico; se han formado por una actividad microbiana sub-actual muy activa y que probablemente son el mayor ejemplo a escala mundial de un bioreactor subterráneo relacionado con un proceso metalogenético. ENCUADRE GEOLÓGICO El depósito de Las Cruces se encuentra

en la prolongación oriental de la Faja Pirítica Ibérica bajo los sedimentos de la Cuenca del Guadalquivir. Estos están formados por una potente secuencia de marga de edad Tortoniense Superior-Messiniense de unos 150 m de potencia. El contacto entre el basamento y la marga está jalonado por un nivel detrítico basal que contiene un acuífero dominado por aguas bicarbonatadas-cálcicas, alcalinas y ricas en sulfatos. El basamento discordante bajo la secuencia terciaria incluye una serie típica del Complejo Volcanosedimentario de la Faja Pirítica Ibérica, con una alternancia de (cripto-) domos riodacíticos y pizarra subóxica (Conde et al., 2007). Los sulfuros masivos se encuentran en el contacto entre una riodacita basal y una secuencia de pizarra con intercalaciones volcanoclásticas. Tienen un stockwork encajado en las rocas volcánicas pero los sulfuros masivos se encuentran remplazando a estas rocas o como niveles estratiformes en la pizarra. En detalle, la mineralización tiene un perfil vertical bien definido que incluye: (a) los sulfuros masivos primarios; (b) una potente zona de cementación formada por diversos tipos de calcocita, covellita, enargita y tennantita. La paragénesis de cementación aparece como venas y remplazamientos en la zona central del depósito y rellenando microfisuras en la zona externa; (c) una zona de pirita lavada y estéril; (d) un nivel discontinuo de una roca formada por galena, calcita y monosulfuros de hierro (greigita y smythita) (Roca Negra). Esta roca tiene cantidades menores de acantita, sternbergita, proustita-

xanthoconita, pearceita, jamesonita, cinabrio, y casiterita. El oro aparece como diversos tipos de amalgama intercrecidos con los carbonatos y la galena (Blake, 2008; Yesares et al., 2014); (e) una zona roja característica y situada directamente bajo la discordancia alpina. Esta Roca Roja es muy heterogénea e incluye abundante siderita y sílice con algo de galena. El cuarzo y la barita son minerales siempre presentes en las rocas roja y negra; (f) pequeñas zonas residuales dentro de la Roca Roja de un gossan similar al que se ha desarrollado en otros sulfuros masivos aflorantes de la Faja Pirítica Ibérica y que se interpreta como debido a la alteración subaérea de los sulfuros masivos (Velasco et al., 2013). Esta roca incluye goethita, hematites y cantidades variables de anglesita y jarosita. Hay relaciones de corte claras entre estas rocas. La Roca Negra remplaza a los sulfuros infrayacentes y la zona de cementación pero también a la Roca Roja suprayacente. Esta última también remplaza al gossan. RESULTADOS La geoquímica isotópica de las rocas Roja y Negra es muy característica. Los

sulfuros están enriquecidos en 34S (δ34S de +11.9 a +25.9‰ en la galena y +16.3 a +19.5‰ para la greigita-smythita) si se comparan con los de la zona de cementación y sulfuros masivos primarios (≈-7 a +8‰). Son incluso algunas veces superiores a los de las aguas circulando a favor del acuífero (+6.3 a +15.2‰).

palabras clave: sulfuros masivos, alteración secundaria, geomicrobiología, Faja Pirítica Ibérica

key words: massive sulphides, secondary alteration, geomicrobiology, Iberian Pyrite Belt

resumen SEM 2014 * corresponding author: [email protected]

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Los carbonatos tienen valores de δ13C muy variables que reflejan la mezcla entre el carbono inorgánico de las aguas

del acuífero (δ13C > -9‰) y una fuente

empobrecida en 13C con valores de δ13C inferiores a -42‰. El estudio mediante SEM de la Roca Negra revela la abundancia de microfósiles de procariotas en galena formados por agregados de unos 5-10 µm de longitud y menos de 1 µm de radio. Forman estructuras filiformes retorcidas y no fragmentadas situadas sobre los carbonatos. Estos agregados son morfológicamente muy similares a estructuras microbianas obtenidas en el laboratorio (Sanchez Andrea et al., 2012) o descritas en sistemas fósiles (Rasmussen 2000; Green & Slack, 2003). La ausencia de estructuras morfológicas externas sugiere que el sulfuro de plomo pudo precipitar en la sustancia exopolimérica, recubriendo externamente la célula procariótica en un proceso de biomineralización activa. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES La geología y la geoquímica de las rocas Negra y Roja de Las Cruces indican que estas rocas solo pueden tener un origen biogénico, tal como ha sido propuesto por Blake (2008). Estas rocas se han formado con posterioridad al enterramiento bajo la secuencia terciaria, como lo evidencian la presencia de fragmentos de gossan en los sedimentos más groseros y la presencia de venas de galena en la marga (Yesares et al., 2014). Estas rocas ocupan la misma posición estratigráfica que el gossan, encima de los sulfuros masivos y de la zona de cementación, y tienen la misma asociación geoquímica, con un enriquecimiento en Pb, Ba, Hg, As, Sb, Ag y Au. La formación de estas rocas a partir del gossan implica la reducción de Fe3+ a Fe2+, un incremento de la fS2 con la estabilización de la galena y otros sulfuros y un incremento de la pCO2 para hacer la siderita estable. Estos procesos acoplados son difícilmente explicables por procesos abiogénicos. A las temperaturas estimadas es poco probable que los procesos de termoreducción abiótica del sulfato (TSR) tengan una importancia relevante (Machel, 2001). Por otro lado, los

valores de δ13C son típicamente de procesos de oxidación biogénica de un

donante de electrones. Los valores de

δ13C tan bajos sugieren que éste fue o bien metano o bien hidrocarburos ligeros. El receptor de electrones sería el sulfato y su fuente más posible, el agua del acuífero confinado y espacialmente relacionado con esta mineralización. En

este contexto, los valores de δ34S tan elevados solo pueden explicarse como fruto de la reducción biogénica en un sistema cerrado al sulfato o debido a la actividad de procariotas que fraccionan poco el azufre (Rudnicki el al., 2000). El modelo que se propone implica la formación de un bioreactor actuando sobre el gossan; éste se formaría debido a la entrada de aguas ricas en sulfato por el acuífero y la acumulación de metano u otros hidrocarburos ligeros bajo la marga. El origen de estos hidrocarburos es desconocido pero podría ser la maduración de la serie paleozoica infrayacente. La actividad microbiana sería responsable de la reducción del sulfato/oxidación del azufre y reducción del sistema, dando lugar a la paragénesis observada. Según el modelo propuesto, el sistema de Las Cruces constituye un caso único en el que la actividad biológica es responsable de la modificación secundaria de una mineralización supergénica de varios millones de toneladas, formando un sistema único. AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido realizado en el contexto del proyecto SEDI CGL2011-23207. Agradecemos a Cobre las Cruces su ayuda y apoyo en la realización de este trabajo, especialmente a C. Dominguez, J.C. Baquero, I. Carrasco y G. Obejero Igualmente, agradecemos la colaboración y sugerencias de J. Slack, N.G. Miguelez, C. Conde, J.C. Videira e I. Sánchez-Andrea. REFERENCIAS Blake, C., (2008): The mineralogical

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Biomineralización de Piromorfita en Tuberías de Plomo " C$SAR (E*OR,SAL./*

Centro de Astro7io9og;a (CSIC,I*TA)A CtraA TorreBCn,ABa9vir Em 4H I88KL,TorreBCn de ArdoM (EspaOa)

I*TRODQCCIR* El plomo en todas sus formas químicas constituye un problema medioambiental contra el que se ha luchado en las últimas décadas. El plomo metálico ha sido un componente esencial en la construcción desde la época romana hasta los años 1>?0-1>>0. El uso de conducciones de plomo para el suministro de agua potable cesó en España en 1>?0, con el fin de evitar el saturnismo. Sin embargo, aún muchos edificios construidos después de 1>?0 seguían usando tuberías de plomo en los desagFes y conducciones de aguas residuales. Se han estudiado ampliamente los fenómenos de corrosión en el plomo utilizado en sistemas de abastecimiento de agua potable y se han propuesto medidas para evitar su movilización hacia el agua de bebida, como por ejemplo la adición de fosfato en el agua de suministro para formar un recubrimiento de hidroxi-piromorfita o el tratamiento de las tuberías previo a su instalación (Davidson y col., 200M). Sin embargo, se sabe muy poco acerca del papel de la actividad biológica en la corrosión y movilización del plomo, la formación de biomineralizaciones y su significado en la geoquímica del metal así como los mecanismos de resistencia a la toxicidad de las comunidades biológicas asociadas a entornos ricos en plomo. En este trabajo se describe la primera descripción de piromorfita PbP(POM)RCl biomineralizada en el interior de tuberías de plomo. (QESTREO S CARACTERITACIR* (I*ERAL El biofilm recogido en húmedo de diversas tuberías de plomo retiradas en domicilios de la Comunidad de Madrid se observa por microscopía convencional, constatando que posee naturaleza principalmente bacteriana. Tras ello, se somete a dos tratamientos:

primero, se realiza una extensión directamente sobre un soporte de aluminio para SEM, que se fija y deshidrata con metanol. Una alícuota de 10 gramos de biofim se solubiliza en SDS 1X y se incuba con proteasas y polisacaridasas, separándose el material inorgánico por centrifugación.. RESQLTADOS S DISCQSIR* El biofilm presenta cristales aciculares (Fig. 1) de simetría hexagonal con las caras de prisma elongadas y terminaciones bipiramidales. Los tamaños cristalinos están comprendidos entre 1 y 20 [m. También se observan gránulos xenomórficos de tamaño inferior. La composición observada de estos cristales mediante espectrometría EDS se corresponde con la composición tipo de la piromorfita (Fig 2B), presentando usualmente pequeñas cantidades de calcio (entre el 0,P y 1,?X), siempre inferiores al 6X, por lo que se descarta la formación de

fosfohedyfana. La piromorfita se distribuye de modo uniforme en el biofilm, acumulándose los cristales de mayor desarrollo en conjuntos de grupos aproximadamente radialesA Como mineralizaciones acompañantes sólo se observa cerusita, en forma de gránulos de tamaño inferior a P [m. No hay evidencias de otras especies de plomo. El análisis por difracción de rayos X confirma el análisis realizado por EDS, observándose picos correspondientes a piromorfita y cerusita (Fig. 2A), sin poder determinarse ninguna fase cristalina acompañante. Recientemente, Rhee y cols. (2012), han publicado que algunos hongos en cultivo pueden movilizar el plomo metálico y formar biomineralizaciones de piromorfita. Sin embargo, no se han realizado hasta el momento observaciones en biofilms naturales, por

pa9a7ras c9aveV Piromorfita, Plomo, Biomineralizacion, Biocorrosión EeW wordsV Pyromorphite, Biomineralization, Lead, Biocorrosion.

resumen SEM/SEA 2012 b corresponding author: menorscccab.inta-csic.es

Yig 1A Crista9es de piromorYita desarro99ados en e9 seno de un 7ioYi9m Yormado en e9 interior de una tu7er;a de p9omoA Imagen SE( con detecciCn de e9ectrones retrodispersadosA

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lo que este trabajo constituye la primera observación de piromorfita formada en biofilms bacterianos. Como mineral relacionado, se ha citado la formación biogénica de hidroxi-piromorfita por la bacteria del suelo \urEho9deria ceparia (Templeton y cols. 200R). La piromorfita es un mineral secundario común, formado en la zona de oxidación de yacimientos de plomo y en suelos contaminados por plomo. Su bajo producto de solubilidad (dse10-?M.M) y su estructura la convierte en la fase fosfatada de plomo mas estable. Siempre se ha considerado su formación por precipitación química, pero, fpuede la actividad bacteriana o fúngica favorecer la cristalización de piromorfita?. Las bacterias comunes en la ecología microbiana humana StaphW9ococcus aureus y Citro7acter Yreundii asi como la bacteria metalo-resistente Cupriavidus meta99idurans desarrollan resistencia mediante la acumulación de gránulos de fosfato de plomo y la expulsión de Pb(II) a la matriz extracelular (Levinson y cols. 2006i Borremans y cols. 2001). Estos gránulos pueden actuar como gérmenes de cristalización que posibiliten el desarrollo de cristales desarrollados. Otro posible mecanismo de formación en el biofilm, alternativo a la acumulación intracelular, es a través de la fijación en exopolímeros o EPS (e^trace9u9ar po9Wmeric su7stances). Estos materiales, que actúan como protección del biofilm contra agentes tóxicos, pueden secuestrar el plomo en forma de complejos, formados tanto por captación de las disoluciones externas como por acumulación por exclusión del plomo intracelular. La acumulación de complejos de plomo en la matriz extracelular puede dar lugar a la formación de cristales de piromorfita

por crecimiento cristalino posterior. Estos mecanismos, tanto de resistencia y acumulación del metal en el biofilm como de precipitación y crecimiento cristalino de sales inorgánicas, están aún muy poco estudiados (Roane, 1>>>). A pesar de ello, es posible que la piromorfita sea un producto de corrosión del plomo asociado directamente con la actividad microbiológica (biocorrosión). La acumulación dominante de la piromorfita sobre la cerusita en el biofilm puede ser consecuencia de un proceso en varios pasos: en primer lugar, el plomo metálico se recubre rápidamente de una capa de corrosión pasivante formada por óxidos o carbonatos (cerusita). La formación del biofilm da lugar a la producción de metabolitos ácidos o complejantes (como el ácido acético) que movilizan estos minerales formados inicialmente. El plomo queda fijado en la matriz de polímeros extracelulares y/o forma gránulos intracelulares de fosfatos. Estos gránulos pueden actuar como gérmenes para el desarrollo cristalino posterior, que puede incluir fenómenos de disolución y recristalización que incrementen el tamaño de los cristales formados. La insolubilidad de la piromorfita puede ser un factor clave, pues puede prevenir la dispersión de plomo soluble como resultado de la actividad biológica sobre el metal. La formación de biominerales de plomo sugiere que sería conveniente el estudio detallado de las poblaciones bacterianas que componen el biofilm, con el fin de entender si existen mecanismos adaptativos de resistencia o bien hay una selección de especies resistentes. Solo se ha realizado un estudio detallado de la población bacteriana desarrollada en biofilms sobre tubería de plomo (White y cols., 2011), observándose la presencia de géneros con alta resistencia a metales

pesados. En conclusión, este trabajo constituye la primera observación de piromorfita en materiales de uso técnico por posible biocorrosión. El papel de la actividad microbiológica puede ser determinante en la geoquímica del plomo, en la formación de minerales secundarios y en los procesos de movilización del plomo. Este metal es utilizado en aplicaciones técnicas y se concentra? en entornos contaminados. Para ello, se requiere un estudio profundo en el mecanismo de resistencia a metales, bioacumulación de las fases inorgánicas y en la naturaleza de los taxones biológicos implicados en el procesamiento del plomo. A_RADECI(IE*TOS A D. Villoslada y M. A. Menor-Salván por el aporte de las muestras utilizadas en este estudio. Al Centro de Astrobiología (CSIC) en cuyas dependencias se han realizado los análisis y a los mmicro-mecenasn que han contribuido a su realización mediante una iniciativa de crowdYunding. REÈRE*CIAS \orremansH \AH ao7manH bALAH ProvoostH AAH

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RoaneH TA(A (1ggg)V Lead resistance in two 7acteria9 iso9ates Yrom heavW meta9 contaminated soi9sA (icro7 Eco9H ghH I18,II4A

Temp9etonH AASAH TrainorH TAPAH SpormannH AA(AH *ewvi99eH (AH SuttonH SARAH Dohna9EovaH AAH _or7WH SAH \rownH _AEA (ILL3)V Sorption versus 7iominera9iMation oY P7(II) within \urEo9deria cepacia 7ioYi9msA EnvironA SciA Techno9A 3hH 3LL,3LhA

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macla nº 11. septiembre ‘09 revista de la sociedad española de mineralogía

Quimiotaxonomía y Origen Botánico del Ámbar de El Soplao (Cantabria, España) / CÉSAR MENOR-SALVÁN (1,*), MARÍA NAJARRO (2), IDOIA ROSALES (2), FRANCISCO VELASCO (3), FERNANDO TORNOS (2) (1) Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), 28850 Torrejón de Ardoz, España (2) Instituto Geológico y Minero de España. Ríos Rosas 23. 28003 Madrid, España (3) Universidad del País Vasco, Dpto. Mineralogía y Petrología, Apdo. 644, 48080 Bilbao, España

INTRODUCCIÓN. El ámbar es una resina fosilizada procedente de exudados de Coníferas y ciertas angiospermas. Además de su interés gemológico tradicional y de que ha permitido estudiar la anatomía de organismos fósiles, extraordinariamente bien conservados, el ámbar constituye una fuente de información paleobotánica, paleoclimática y geoquímica. Esta información puede obtenerse mediante el estudio de sus componentes orgánicos extraíbles. Químicamente, la mayoría de los ámbares estudiados a nivel mundial, están formados por un copolímero de terpenoides derivados del labdano (Yamamoto et al., 2006). Este proceso de polimerización comienza con la deposición de la resina y se prolonga durante la diagénesis, transformando el copal (resina depositada no polimerizada) en ámbar. Este polímero, químicamente muy refractario, protege de la degradación tanto a organismos incluidos en la resina como a parte de los componentes terpénicos de la resina original. Estos componentes terpénicos pueden aportar información sobre la flora originaria, tanto su identificación como su quimiotaxonomía (Marynowski et al., 2007; Peters et al., 2005). Típicamente, un ámbar de conífera contiene más de 700 hidrocarburos, derivados diagenéticos de los terpenos biológicos originales. En cambio, la preservación de estos bioterpenos va disminuyendo al aumentar la edad del ámbar, siendo raro encontrarlos en ámbar de edad cretácica, entre los cuales el encontrado en el yacimiento de El Soplao constituye una excepción. En este trabajo se presenta el primer estudio de los terpenoides preservados en el ámbar del yacimiento de El Soplao (Cantabria) así como su posible origen botánico.

ENCUADRE GEOLÓGICO. Las muestras estudiadas pertenecen a la secuencia Cretácica del margen NO de la Cuenca Vasco-Cantábrica. Durante el Cretácico, su evolución estaba controlada por fracturas asociadas a la apertura del Golfo de Vizcaya y en ella se depositaron sedimentos marinos y continentales de potencia variable. En detalle, la zona de estudio se encuentra justo al N de la Falla de Cabuérniga. La secuencia incluye entre 200 y 800 m de rocas de edad Barremiense – Cenomaniense Inferior, que están solo ligeramente deformadas y son discordantes sobre un basamento de edad Carbonífera a Jurásica. El ámbar se encuentra en la Fm Las Peñosas, de edad Albiense Inferior y constituida por depósitos continentales a marinos transicionales (Najarro et al., 2009). La secuencia encajante consiste en 1.5-2 m de lutita y argilita carbonosas que alternan con arenisca y contienen niveles cm a dm enriquecidos en plantas y fragmentos de ámbar. Hay abundantes cutículas de plantas, generalmente de los géneros Frenelopsis y Mirovia con algunos restos de Nehvizdya y Pseudotorellia (Najarro et al., 2009). MÉTODO Y RESULTADOS. El estudio quimiotaxonómico del ámbar de El Soplao se llevó a cabo mediante la extracción con solvente orgánico (CH2Cl2:CH3OH, 3:1) de 150 gramos de ambar especialmente seleccionado por su homogeneidad y ausencia de inclusiones. El extracto orgánico se somete a un fraccionamiento en columna de sílice, separándose cuatro fracciones mediante elución secuencial con n-hexano, n-hexano:diclorometano (3:1), diclorometano y metanol. Las dos primeras (A y B) contienen hidrocarburos saturados y aromáticos. La tercera (C)

es una fracción polar formada por terpenoides fenólicos. La cuarta (D) contiene los terpenoides ácidos. Las fracciones C y D se derivatizan por sililación con N,O-bis-(trimetilsilil) trifluoroacetamida conteniendo 1% de trimetilclorosilano. Los trimetilsilil esteres resultantes se analizan mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. En paralelo se lleva a cabo el análisis de la fracción orgánica extraíble de hojas fósiles de Frenelopsis sp., coníferamayoritaria en el depósito de El Soplao. El análisis de la fracción polar C (Fig. 1) muestra la presencia en el ámbar de los terpenos fenólicos ferruginol, totarol y el derivado de oxidación del ferruginol, 6,7-dehidroferruginol. Estas moléculas son biomarcadores específicos de las resinas de coníferas de las familias Cupressaceae y Podocarpaceae, siendo inexistentes en las familias Araucariaceae y Pinaceae (Cox et al., 2007). En concreto, la resina de Cupressaceae contiene mayoritariamente estos terpenos en una proporción relativa parecida. Así pues, la presencia de estos compuestos descarta la contribución de coníferas de la familia Araucariaceae (Araucaria y Agathis) al ámbar de El Soplao. El análisis de la fracción polar D muestra una compleja mezcla de terpenos altamente polares, dominada por el ácido 13-dihidroagatolico, terpeno de la familia del labdano. Este ácido es el constituyente mayoritario de los labdanos de la resina de Cupressus, en coherencia con el análisis de la fracción C. Otros ácidos encontrados en la fracción D son el pimárico, isopimárico y sus derivados diagenéticos, ácido 16,17-bisnordehidroabiético y pimar-8-enoico. El proceso de diagénesis de estos compuestos conduce al componente mayoritario en la fracción extraíble del ámbar, el 16,17,19-trisnorabieta-

palabras clave: Ámbar, Resina fósil, Terpenos, Cantabria, El Soplao, GC-MS, Biomarcadores, Quimiotaxonomía

key words: Amber, Fossil resin, Biomarkers, Chemotaxonomy, GC-MS, Terpenoids

resumen SEM 2009 * corresponding author: [email protected]

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AGRADECIMIENTOS. Trabajo realizado en el marco del proyecto “ITC-Soplao” del IGME en colaboración con el Gobierno de Cantabria y SIECSA. Agradecemos a F. Unzué su apoyo en la realización de este estudio y al Centro de Astrobiología -Instituto de Técnica Aeroespacial "Esteban Terradas" las facilidades dadas para los análisis. REFERENCIAS. Cox, R.E., Yamamoto, S., Otto, A., Simoneit,

B.R.T., (2007): Oxygenated di- and tricyclic diterpenoids of southern hemisphere conifers. Biochemical Systematics and Ecology 35, 342-362.

Marynowski, L., Otto A., Zaton, M., Philippe, M., Simoneit, B.R.T. (2007): Biomolecules preserved in ca. 168 million year old fossil conifer wood. Naturwissenschaften 94, 228-236.

Najarro, M., Peñalver, E., Rosales, I., Pérez de la Fuente, R., Daviero-Gomez, V., Gomez, B., Delclòs, X. (2009): Unusual concentration of Early Albian arthropod-bearing amber in the Basque-Cantabrian Basin (El Soplao, Cantabria, Spain): Palaeoenvironmental and palaeobiological implications. Geological Acta (in press).

Otto, A., Simoneit, B.R.T., Wilde, V. (2007): Terpenoids as chemosystematic markers in selected fossil and extant species of pine (Pinus, Pinaceae). Bot. J. Linn. Soc. 154:129-140.

Pereira, R., de Souza Carvalho, I. Simoneit, B.R.T., de Almeida Azevedo, D. (2009): Molecular composition and chemosystematic aspects of Cretaceous ambers from the Amazonas, Araripe and Recôncavo basins, Brazil. Org. Geochem. Doi: 10.1016/j.orggeochem.2009.05.002.

Peters, K.E., Walters, C.C., Moldowan, J.M. (2005): The Biomarker Guide, second edition. Volume 2: Biomarkers and isotopes in petroleum exploration and Earth history. Cambridge University Press, Cambridge.

Yamamoto, S., Otto, A., Krumbiegel, G., Simoneit, B.R.T. (2006): The natural product biomarkers in succinite, glessite and stantienite ambers from Bitterfield, Germany. Rev. Paleobot. Palynol. 140, 27-49.

8,11,13-trieno. La falta de ácido abiático y dehidroabiático en la fracción de mayor polaridad del extracto de ámbar descarta completamente la contribución de resinas de Pinaceae (Otto et al., 2007). Asimismo, la presencia y proporción de los ácidos mencionados implica una relación en composición con la resina de las actuales Cupressaceae. Sin embargo, entre el abundante material fósil asociado al ámbar en el yacimiento no se encuentran restos de arboles de la familia Cupressaceae. Estos restos fósiles están dominados por arboles de la extinta familia Cheirolepidiaceae, en concreto el género Frenelopsis. Los estudios morfológicos proponen una relación genética entre la familia Cheirolepidiaceae y los modernos Cupressaceae. Sin embargo hasta la fecha no se dispone de ningún análisis serio de la quimiotaxonomía de la resina de Cheirolepidiaceae, ya que no se ha podido identificar ningún ámbar procedente de esa familia (Pereira et al., 2009). Para confirmar que el ámbar de El Soplao procede de Frenelopsis, se ha realizado el análisis de los biomarcadores contenidos en hojas y madera fósil del yacimiento. Al no estar protegidos por el polímero que forma el ámbar, en éstos la diagénesis ha degradado más los terpenoides originales. Sin embargo, se ha podido identificar que, como en el caso del ámbar, el terpenoide mayoritario es 16,17,19-trisnorabieta-8,11,13-trieno. Asimismo, las hojas de Frenelopsis contienen trazas de ferruginol, indicando una composición original parecida. Asi pues, la quimiotaxonomía de Frenelopsis sp. debió de estar constituida por ácidos labdanoicos (13-dihidro agatólico como componente principal), ácido pimárico y terpenos

fenólicos. Uno de los componentes principales de la fracción extraíble es el 1,6-dimethyl-5-(3'-methylbutyl)- 5, 6, 7, 8 -tetrahydro naftaleno, compuesto identificado por primera vez en el ámbar de El Soplao. Esta molécula es posiblemente un derivado de diagenesis de los ácidos labdanoicos contenidos originalmente en la resina. Este compuesto exhibe una intensa fluorescencia azulada que, en unión a hidrocarburos de la familia del azuleno y metilnaftalenos presentes en la fracción de menor polaridad del extracto, son responsables de la coloración azul-purpúrea y la intensa fluorescencia azul del ámbar de El Soplao. CONCLUSIONES. El ámbar de El Soplao está constituido por dos fracciones diferenciadas: una fracción insoluble formada por un polímero de terpenoides derivados del labdano y una fracción extraíble. Esta fracción está constituida por una mezcla de diterpenos biológicos y sus productos de alteración diagenética, formados por hidrocarburos di- y tricílicos que retienen total o parcialmente los esqueletos originales e hidrocarburos ligeros de naturaleza aromática. Los terpenos biológicos preservados en el ámbar de El Soplao permiten concluir que está formado básicamente por resina fósil de árboles del género Frenelopsis (familia Cheirolepidiaceae). Asimismo, el ámbar de El Soplao aporta el primer indicio de una relación genética entre la antigua familia Cheirolepidiaceae y la moderna Cupressaceae, dado que parecen expresar similares rutas del metabolismo secundario de terpenos. En resumen, el ámbar de El Soplao constituye la primera resina fósil de la familia Cheirolepidiaceae descrita desde un punto de vista quimiotaxonómico.

40.00 42.00 44.00 46.00 48.00 50.00 52.00 54.00 56.00 58.00

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fig 1. Terpenos polares (bioterpenos) contenidos en el ámbar de El Soplao separados en dos fracciones de diferente polaridad. La primera fracción está dominada por el ferruginol y la segunda por el ácido 13-dihidroagatolico. La composición encontrada descarta la contribución de coníferas de la familia Araucariaceae al ámbar, sugiriendo que su origen es de árboles del género Frenelopsis (Cheirolepidiaceae).

37De Re Metallica 5 diciembre 2005 2ª época

INTRODUCCIÓN

Las minas de La Bodera se localizan a algo menos de3 km al SE del pueblo del mismo nombre, en el limiteentre los términos municipales de La Bodera y Robledode Corpes (Guadalajara) y a ambas orillas del rio Caña-mares, en la falda de la Sierra de La Bodera. Son fácil-

mente accesibles por un camino de tierra que parte alsur del pueblo de La Bodera, junto a la ermita de “LaSoledad”, conocida como “la ermita de abajo”. Seencuentran señalizadas en la hoja 460 del mapa topo-gráfico nacional con el nombre de “minas de San José”y agrupan numerosos pozos, galerías y mas de 25 indi-cios mineros.

LAS MINAS DE PLATA DE LA BODERA (GUADALAJARA): HISTORIA Y PATRIMONIO

César Menor Salván2, Luis Jordá Bordehore1 y Alfonso Gutiérrez Gómez3

1 Rudnik Ingenieros Consultores. [email protected] Centro de Astrobiología; CSIC-INTA. [email protected]

3 Instituto Geológico y Minero. [email protected]

RESUMEN

Cuando en el año 1844 comenzó la minería de plata en Hiendelaencina (Guadalajara), paralelamente se desatóuna autentica "fiebre de la plata" en toda la zona desde Tamajón hasta La Bodera, denunciándose cualquier aflo-ramiento con barita o con óxidos de hierro y dando lugar a labores variadas y dispersas. Fruto de aquella época fue-ron las minas de La Bodera, que entre la década de 1880 y hasta su cierre en 1925 alcanzaron un tamaño y activi-dad notable con producciones de galena argentífera que ocasionalmente superaron a las de Hiendelaencina. Actual-mente y a pesar del abandono, el conjunto histórico de las minas de La Bodera se encuentra entre los mas nota-bles de la provincia, conservando labores de interior accesibles y ricas en información histórica minera y minera-lógica y un complejo exterior enclavado en un magnifico entorno natural. En este trabajo se emprende el primerestudio histórico de la minería en La Bodera así como la investigación del patrimonio existente, tanto en instala-ciones exteriores como en el interior de las labores.

PALABRAS CLAVE: Minería de plata, Guadalajara, historia de la minería, distrito minero de Hiendelaencina, mineríade plomo.

ABSTRACT

La Bodera silver mines are located in the Hercynian domain in the Centre of Spain. They are close to the famousmining district of Hiendelaencina. The silver ore in La Bodera is found s Sb-As(Pb)-Ag sulphides within sphalerite-barite lodes. The mines were exploited mainly during the 19th C and the first two decades of the 20th C. The mineswere definitely abandoned in 1925. The heritage cover galleries, huge "empty" lodes, ruins of the mineral plant andshafts. When in 1844 begun the "silver rush" in Hiendelaencina (Guadalajara), it propagate to the neighbouring LaBodera- Tamajón deposits. Every barite outcrop with iron oxides was registered and various and dispersed labourswere found everywhere. As a result of that times are La Bodera mines, which from 1880 to 1925 produce galenaand silver ore. Sometimes producing even more than Hiendelaencina. Nowadays the historical mines are one of themost important industrial heritage of the province. There are several underground workings which can be visited(with proper caving equipment). These mines have important mining history, valuable mineral and geological itemsand an important mining complex, all of these in a magnificent natural surrounding. This paper cover the first his-torical and heritage investigation about mining in La Bodera. It covers the outside and inside elements.

KEY WORDS: Silver mining, Guadalajara, mining history, Hiendelaencina mining district, lead mining.

De Re Metallica, 5, 2005 pp. 37-44© Sociedad Española para la Defensa del Patrimonio Geológico y MineroISSN: 1577-9033

De Re Metallica 5 diciembre 2005 2ª época

La mineralización de La Bodera se sitúa al Noreste deldistrito argentífero de Hiendelaencina. Se encuentrancerca del contacto entre los materiales ordovícicos conlos gneises de la formación Hiendelaencina. El encajan-te está constituido por gneises glandulares.

Martínez-Frías et al (1988) consideran los filones deLa Bodera como de tipo hidrotermal tardihercínicos conpredominio de etapas metalogenéticas ricas en Zn, Pb yAg de temperatura intermedia.

A diferencia de las vecinas minas de Hiendelaencina,la mena principal de La Bodera es la “galena argentífe-ra” siendo la blenda el mineral metálico más abundan-te. El carácter argentífero de la galena proviene de lassulfosales de plata: freibergita, freislebenita y pirargiri-ta. La freibergita se encuentra generalmente en formade cristales alotriomorfos de pequeño tamaño asociadosa esfalerita, galena y calcopirita; por su parte la freisle-benita y pirargirita aparecen asociadas a la galena comoproductos de exolución, o también rellenando pequeñasgrietas en el último caso (Martínez-Frías et al. 1988).

HISTORIA

Los primeros indicios históricos de actividad mineraen la zona de La Bodera datan del siglo XV, con diversasprospecciones en los siglos XVI y XVII (Pellico, 1846). Sin

embargo, las exploraciones efectuadas, que se exten-dieron desde Tamajón a La Bodera, no dieron resultadosapetecibles y la zona quedó olvidada en su aspectominero hasta el siglo XIX, a partir del cual nace realmen-te la historia de la minería en el norte de Guadalajara.

Las minas de La Bodera gozaron de dos periodos deprosperidad, salpicados por pequeños periodos dedetención del laboreo y falta de producción que atesti-guan las dificultades y altibajos que sufrió todo el distri-to de Hiendelaencina a lo largo de su historia. El primerperiodo de prosperidad tiene lugar entre los años 1840-1855, seguido de un declive propiciado por el desordenen las labores de esas épocas, y un segundo periodo deesplendor entre 1884 y 1916 tras el cual comienza sudeclive definitivo y el abandono.

PRIMER PERIODO DE ESPLENDOR: LA FIEBRE DE LAPLATA

Entre las décadas de 1840-1850, existían numerosasminas pequeñas y calicatas situadas en los escarpes delsuroeste del pueblo. Coincidiendo con el desarrollo dela minería en Hiendelaencina (que comenzó en 1844) yfruto de la búsqueda de la continuación del sistema defilones de esta localidad, que apuntaba en direcciónnoreste hacia La Bodera, comenzaron a denunciarseafloramientos de barita en crestones del terreno y en el

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Figura 1. Ruinas de la central que abasteció de corriente eléctrica al poblado minero de La Bodera hasta 1925. Los pozos principales de la mina San José se encuentran a la derechade la central. Al fondo se aprecian panales de abejas, uno de los productos básicos de la economía local.

escarpado valle del río Cañamares, que cortó el sistemade filones. Esto dio lugar a una época de intensos yanárquicos trabajos en la zona.

Las labores mas importantes en estos años eran lasminas “Santa Bárbara”, “Tirolesa” y “San Faustino”.Ésta explotaba un filón de escasa potencia de barita,acompañada por galena, blenda, pirita y “plata agria”(estefanita). Sobre el pequeño tamaño de las labores datestimonio la descripción realizada por Casiano dePrado, que visitó esta mina en mayo de 1850:

“una zanja abierta sobre el filón y en su limite ofinal el primer pozo de 11 varas de profundidad,en su caldera una galería de 7 varas, y luego otropozo de 30 varas y a su pie otra galería de 14 varasen igual tumbo a la anterior y sobre el filón”.

Casiano de Prado dispuso que el segundo pozo debe-ría prolongarse a superficie a fin de instalar un malaca-te de extracción para superar los problemas de ventila-ción y de extracción existentes. Las recomendacionesdel famoso ingeniero no se siguieron, hecho que conseguridad contribuyo al primer declive de estas minas.

La mina “Tirolesa”, cuyas labores incluían tres pozosy varias galerías, presentaba menor abundancia que laanterior y no se encontraba en explotación activa enestos años.

La que mejor resultados presentaba en 1850 era lamina “Santa Bárbara”, que explotaba la galena argentí-fera mas rica del distrito, conteniendo una cantidad deplata de “5 o 6 onzas por quintal de mineral”1, lo queunido a que disponía del laboreo mas inteligente de lazona, formado por una galería de 40 varas2 siguiendo el


Figura 2. Zona del Rio Cañamares. A ambas vertientes se distribuyen los restos mineros del complejo de La Bodera.

Figura 3. Croquis de las concesiones mineras de la zona de La Bodera activas entre1873 y 1925.


filón principal, de la cual partían galerías siguiendo lasramificaciones, propiciaron que fuera la mina mas pro-ductiva de la década.

Aparte de estas minas principales, existían numero-sos registros y denuncias, desatándose una autentica“fiebre de la plata”, con profusión de calicatas y poci-llos de exploración, creando una dispersión de esfuerzose inversiones que redundaba en perjuicio de todos, alser costosa la extracción del mineral y acrecentarse lasdificultades de las labores existentes. En cada crestóncon afloramientos de barita o de óxidos de hierro se cre-aba una nueva concesión que se reconocía con galeríaso zanjas. En estos años fue tal el furor minero en LaBodera que, en palabras de un ingeniero de la época:

“si los esfuerzos y afanes empleados en esta loca-lidad lo fueren en la de Hiendelaencina, los resul-

tados serian mas lisonjeros”.

En 1852 una sociedad llamada “Veragua” llevo a cabola explotación de las minas “Tirolesa” y “San Faustino”,encontrando grandes dificultades: La bocamina de la“Tirolesa” se encuentra junto al río Cañamares, siendoaun accesible hoy día, exponiendo la mina a inundacio-nes en periodos de crecida, además de ser demasiadoestrecha para poder extraer el mineral y desaguar concomodidad. Además tenían problemas de ventilación,debido a un sistema de contrapozos arbitrario. No obs-tante las labores se habían desarrollado explotando unfilón de barita con galena, minerales de plata, blenda,fluorita y calcita. Para la mina “San Faustino”, la socie-dad trató de emprender las reformas sugeridas porCasiano de Prado, si bien el coste necesario para solven-

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Figura 4. Croquis de las labores de interior del pozo San José. A: croquis de planta. B: croquis de perfil.

tar los problemas de ventilación y desagüe era excesivo,unido a las dificultades asociadas a lo escarpado delterreno y que los principales filones explotados en esaconcesión estaban constituidos mayoritariamente poresfalerita y no por la apetecida galena argentífera, con-dujeron al declive y abandono definitivo de estas minasen 1855. Este abandono vino parejo con la decadenciade la vecina Hiendelaencina, resultando en un oscureci-miento del distrito hasta 1883.

SEGUNDO PERIODO DE ESPLENDOR: MINERÍAMODERNA Y DECADENCIA FINAL

En 1884 comienza el renacimiento de las minas de LaBodera, acometiéndose la creación de nuevas laboresque recuperan parte de los trabajos anteriores. En eseaño se crea la Sociedad “El Faro” que acomete trabajosen la zona, abriéndose la mina “San José”, que a partirde entonces será la mas importante de La Bodera. Losfilones abiertos en esta mina se distinguen de los deHiendelaencina “por su abundancia en fluorita y por serplomizos”. Conforme se van reconociendo las labores enla nueva mina “San José” se va acrecentando el interés,por la riqueza en plata de la galena extraída. En 1885prosiguen los trabajos aunque con “lamentable lenti-tud”.

En 1886 la sociedad “El Faro” ya explota tres conce-siones: San José, San Joaquín y María, con cuatro filonesreconocidos. El primero de los filones tiene unas direc-ciones (así en el original) o 15º N a E 15º S y buzamien-to 85º al Norte. El filón esta reconocido a lo largo de 400metros por labores del momento y se observaba tambiénsu continuidad en superficie por crestones de baritina ytrabajos antiguos. El segundo de los filones corre de O18º S a E 18º N con una inclinación que parecía ser Sur.Este filón cruza las pertenencias de la mina San Joaquín.Los filones denominados 3 y 4 aún no estaban perfecta-mente reconocidos, pero se apunta que son los másargentíferos. El filón primero se une con los 3º y 4º a1500 metros de la mina San José, en un punto dondeexisten pozos antiguos de importancia:

“El sistema de explotación consiste en subdividirel filón en macizos rectangulares para después,por bancos y testeros, proceder a su disfrute. Elmineral utilizable es galena argentífera con sulfu-ros de plata, sirviéndole de caja la baritina y elgneis”.

Ese año se producen 50 toneladas en un anchurón de1500 m3 que se transportaron a Rentería. Durante losdos años siguientes la producción es escasa, hasta 1889,año en el que la sociedad “El Faro” produce 500 quinta-les métricos de galena argentífera en la mina “SanJosé”; en 1890 ascienden a 506, de los cuales 297,70 son

enviados a la Fábrica de la real Compañía Asturiana deRentería. Creemos que se guarda un stock de mineralpara paliar épocas peores. Los años 1890 y 1891 son demáxima producción, hasta 1201,7 quintales métricos enla mina “San José”, cifra sólo superada ese año en Gua-dalajara por la mina Santa Catalina de Hiendelaencina.Son años de bonanza y la fama y dimensión de los traba-jos en La Bodera llegan a superar a los de su celebrevecina. Es interesante señalar la conexión de los perio-dos florecientes y de decadencia con los de las minas deHiendelaencina, una historia paralela llena de altibajospropiciados no solo por las irregularidades de los filones,sino también por los problemas administrativos y laenorme cantidad y dispersión de concesiones en la zona(Cuesta et al. 1991). En efecto, en los años 1892 y 1893comienza un nuevo periodo de decadencia que continuahasta 1896. En 1895 se cita que “las minas de plomo deLa Bodera continuaron paradas”.

En 1897 la sociedad “El Faro” reanudó los trabajos ensus minas de la Bodera con renovado entusiasmo. En1898 se produjeron 20 toneladas de plomo argentífero.

En 1899 la sociedad “El Faro” prosigue pequeños tra-bajos en las minas San Enrique, San José y San Benitocon una producción de 12 toneladas. Esta sociedadcomienza a atravesar dificultades y para la producciónen el año 1900, desapareciendo la compañía en el año1901. Sufren las minas de La Bodera su ultimo periodointermedio de decadencia previo a la reanudación de laslabores de explotación en 1907, año en que comienza sumayor esplendor, previo a la decadencia final.

En 1908 se desescombra la mina “Mercedes” y se lim-pian labores antiguas, arrojando una pequeña produc-ción de 5 toneladas de mineral. Ese año trabajan 26mineros en interior y un total de 52 obreros en lasminas, siendo el director facultativo el ingeniero de


Figura 5. Croquis del pozo de Las Palomas, en la mina de La Carolina.


minas Joaquín Menéndez Ormaza. En 1909 se profundiza 40 metros el pozo maestro de

“Mercedes”, hasta el denominado piso 3º y se trabaja enun testero entre los niveles 2º y 3º, de 60 m2, explotán-dose 4,459 toneladas de mineral. Las perspectivas sonmuy halagüeñas y la riqueza de la galena argentíferasupera las expectativas. Por segunda vez la fama deestas minas llega a hacer sombra a Hiendelaencina:

“Bellos ejemplares cristalizados de galena se hanrecogido en Hiendelaencina (...); pero donde masabunda el sulfuro de que tratamos es en La Bode-ra, explotado en grande escala por ser muy argen-tífero” (Calderón, 1910).

En esta época se hacen famosos los ejemplares demineral bellamente cristalizados que se obtienen enestas minas, en particular la galena y la fluorita, estaúltima recogida con interés por lo inusual en la región.

En 1910 se crea la Sociedad “La Bodera” con el fin deinvertir en la mejora y modernización de las minas, co-menzando unos años de importantes trabajos en la zona:

“Tanto la mina mercedes, como algunas de suscolindantes fueron explotadas ventajosamentehace años, y por consiguiente es de suponer quedisponiendo (...) del capital necesario (...) podráprocederse al disfrute del mineral ya a la vista(...)”.

En 1912 la sociedad “La Bodera” reanuda el laboreoen las minas “San José”, “La Carolina” y “La Mercedes”.Se han construido instalaciones para el beneficio delmineral, casas de mineros, así como carpintería y herre-ría. Una central eléctrica está prácticamente termina-da, que alimentara las instalaciones exteriores y daráenergía a un castillete instalado en el pozo maestro de“San José” y luz al interior de la mina. Las instalaciones

antiguas carecen por aquel entonces ya de importancia.En la mina San José se acomete un pocillo de 13 metrosal Este de la segunda planta, y 7 metros de galería alEste en la tercera y 5 metros al este en la 5ª. Se prepa-ran 34 metros de macizo en la segunda. Se acometenvarios trabajos en la mina La Carolina y 27 metros depozo Maestro en la Mercedes, con 8 de galería de reco-nocimiento, 15 de crucero al Este de la 1ª planta y unanchurón en la misma de 59 m3. Han sido unos años deinversión y parece que aun no se ha logrado producciónde mineral.

En 1913 se acometen importantísimos trabajos en“San José”, “La Carolina” y “Mercedes”. El trabajo en“San José” y “Mercedes” se desarrolla de forma manual,mientras que se ha instalado un rudimentario compresoren “La Carolina”. Los pozos alcanzan ya más de 100metros en “La Carolina” y “Mercedes”. Se piensa insta-lar compresores en las tres minas, de forma que se pue-dan operar cinco martillos barrenadores en cada una deellas. Se ultima la instalación de un transporte por cableentre la mina “San José” y la planta de preparaciónmecánica sita en “Mercedes”. Con todas las instalacio-nes terminadas se producen una tímidas 10 toneladas demineral, con una ley media de 63% de plomo y una nota-ble 0,36% de plata. Sin embargo los gastos superan concreces los ingresos y se paralizan temporalmente los tra-bajos. En 1915 prosigue la mina en mantenimiento:

“continúan paralizados los trabajos de este impor-tante coto, después de haber llegado a la profun-didad de 175 m en el pozo de Las Mercedes y a lade 97 metros en el de La Carolina.”

Todo estaba dispuesto para profundizar labores yseguir reconociendo el criadero, sin embargo en 1916 lamina sigue en mantenimiento y sin producción y ésta esnula o muy escasa hasta 1925, cuando tiene lugar elabandono definitivo.

Resulta sorprendente el cierre de esta mina justo enel momento en que más desarrollada está. De hecho laimagen de 1925 de la hoja geológica es de una mina enperfecto estado. También es lo que sugiere la explora-ción subterránea, donde se aprecian frentes de trabajoen prefecto estado y varios filones “sin tocar”, con frag-mentos de riquísimo mineral dispersos por la galería(nivel aproximado –60) en un anchurón del Pozo SanJosé. El abandono de estas minas coincide con el decli-ve definitivo de las minas de Hiendelaencina, hecho quepudiera estar relacionado, ya que la producción total deplata del distrito posiblemente resultase muy escasacomo para competir con otros productores importantesen pleno apogeo en la época. Asimismo la producción deplomo-zinc probablemente resultase inviable dado elprecio de los metales y la intensa producción por partede los distritos plomíferos españoles.

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Figura 6. Vista general de los restos de las instalaciones de la mina San José (La Bode-ra, Guadalajara). Estas instalaciones son las mejor conservadas de la zona, pudiéndoseapreciar a la derecha las ruinas de la central eléctrica y a la derecha restos de viviendasde mineros.

Ha habido, sin embargo, tímidos intentos posterioresde recuperar minería en la zona: En 1946 se declara lamina “Natividad” para la explotación del arsénico en unafloramiento de arsenopirita situado al norte del pueblode La Bodera, en el arroyo Chorrón. En 1952 se concedeun permiso de exploración llamado ”Vitin primera” parala explotación de pirita en la zona de San José. Estosintentos nunca pasaron de la de la administración a lapráctica.

ESTADO ACTUAL DE LAS LABORES

Los restos mas significativos se corresponden con lasminas “San José”, “San Joaquín” y “San Enrique”. Com-prenden numerosos pozos accesibles y ruinas de instala-ciones y viviendas que permiten adivinar la importanciaque llego a tener la explotación, además de un impor-tante volumen de escombreras con abundancia demuestras de mineral. A las dos orillas del río Cañamaresse localizan restos de menor entidad: el socavón, acce-sible, de la mina “la Unión de los 10 obreros”, en buenestado de conservación y un buen ejemplo de arquitec-tura minera, situado ya en el termino de Robledo deCorpes; restos de edificaciones y pozos de la mina “LaCarolina” y grandes escombreras con escaso mineral dela mina “Tirolesa” y “Resurrección de Tirolesa”. Asimis-

mo, en prácticamente todo el termino municipal de LaBodera pueden localizarse pozos y calicatas de escasointerés.

LA EXPLORACIÓN SUBTERRÁNEA EN LAS MINASDE LA BODERA

POZO SAN JOSÉ Y CONTRAMINA

El pozo principal de la mina San José está en sumayor parte excavado en estéril. La primera parte hacortado el filón mineralizado, el cual ha sido vaciado yrelleno con mampostería 3. Por el contrario, a escasometros del Pozo Maestro San Jose, se encuentra unacontramina4 que alcanza una profundidad semejante.Ambos pozos poseen un gran embarque a unos 35-40metros de profundidad. Este embarque da acceso a unnivel de mampostas que recorría todo el filón vaciado yservía de galería de servicio. La practica totalidad delnivel de mampostas y traviesas ha desaparecido y en sulugar quedan galerías, rellenos y mampostas colgadas a30 metros de profundidad y 20 metros sobre el fondo delgran filón vaciado. En el embarque del Pozo San José seha equipado un fraccionamiento con 3 spit de métricaM8 a partir del cual se puede proseguir el descenso del


Figura 7. Trabajos de acceso al interior de la mina San José. En su interior se encuentra una interesante muestra de arquitectura minera y encierra una valiosa información geológi-ca, con profusión de filones de baritina intensamente mineralizados.


pozo o del filón vaciado y acceder a una parte del “nivelcolgado” a través de un pasamanos.

Tanto en el “nivel colgado” como en una galería en elfondo practicable del Pozo San José, puede apreciarsela mena y filón de barita. Este filón esta formado en sumayor parte por barita con esfalerita negra en vetillasen su centro y salbanda. Posee forma arriñonada,variando su potencia entre 5 y 20 cm.

POZO DE LAS PALOMAS

Situado en la mina denominada “La Carolina” (Martí-nez-Frias) o “Resurrección de la Tirolesa (demarcacióndel archivo histórico de Guadalajara), este pozo se abreen estéril, con una boca de entrada de geometría rec-tangular y con unas dimensiones aproximadas de 3,5 mx 2,3 m, se encuentra ubicado a unos 20 metros del Pozode San José.

A la cota -8 metros aparece una galería colgada, dedifícil acceso, pero sin continuación ya que acaba enuna estrechez impenetrable, véase la figura 1: Pozo delas palomas. Es posible que vieran posibilidades de sacarmineral, pero fue abandonada.

Siguiendo con el descenso, la dimensiones aumentany como puede apreciarse en le croquis en la cota -26metros, nos encontramos dentro de la antigua explota-ción, que mantiene un rumbo Este-Oeste, con unaanchura variable entre los 2 metros a los 5 metros,siguiendo la mineralización.

Se pueden observar los restos de los troncos que aunpermanecen ahí después de 100 años de abandono y quefueron empleado como testeros en los trabajos de pro-ducción, en la cota -39 metros nos encontramos con unarepisa, en estéril, descendiendo en dirección Este, lle-gamos a la caldera de la mina a -51 metros.

CONCLUSIONES

Las minas de La Bodera constituyen actualmente unimportante patrimonio histórico minero, con instalacio-nes y restos exteriores bien conservados, comparables alos restos de la vecina Hiendelaencina y, a diferencia deesta, unas labores de interior accesibles en muchos pun-tos. Estas son las labores mineras de interior mejor con-servadas de la provincia de Guadalajara y se encuentranentre las mejores de la comunidad de Castilla-La Man-cha. Por su desarrollo, técnica de laboreo y riquezamineral actual en el interior, las labores de las minas deLa Bodera constituyen una importante fuente de infor-

mación científica acerca de la geología, mineralogía yminería histórica local.

Asimismo, el complejo de las minas de La Bodera nosolo forma un patrimonio histórico a defender por laimportancia que tuvo en el desarrollo económico de lacomarca durante la segunda mitad del siglo XIX y prime-ra del XX, sino que por su situación, accesibilidad, laconfiguración de los restos, la abundancia de escombre-ras ricas en muestras minerales diversas y el entornonatural en que se enclavan convierten al conjunto mine-ro en un extraordinario centro para actividades didácti-cas relacionadas con la Naturaleza y un objetivo poten-cial para el llamado “turismo cultural” digno de ser con-siderado por las autoridades locales. Así pues, conside-ramos de importancia para el desarrollo local la protec-ción del yacimiento y su entorno y la conservación de losrestos actuales, tanto de interior como exteriores.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su agradecimiento alArchivo Histórico de Guadalajara y al personal de la Sec-ción de Minas de la Delegación de Industria y Tecnologíade Guadalajara, en particular Diego Vizcaíno Pacheco,sin cuya ayuda no se habría podido localizar y denomi-nar las concesiones mineras de La Bodera. A Jesús Mar-tínez-Frías, del Centro de Astrobiología, gran conocedorde los yacimientos de la zona y a los vecinos y Ayunta-miento de La Bodera, por su ilusión y apoyo a la realiza-ción de este artículo. 5

BIBLIOGRAFÍA

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