miércoles, 26 de octubre de 2016

¿Hay alguien ahí fuera? Carbono vs Silicio #HalloweenRB


Esta pregunta es una de las más antiguas especulaciones del ser humano. La naturaleza de la vida en la Tierra es un ejemplo singular y seguimos sin encontrar alguna evidencia de que haya en otro lugar que no sea nuestro planeta. Sin embargo, desde nuestra comprensión de las leyes químicas y físicas que rigen el universo, hay razones de peso para suponer que la vida extraterrestre puede existir de manera generalizada en ambientes diferentes al de la Tierra.


La vida se basa en una química compleja, pero sólo unos pocos de todos los elementos disponibles participan en la mayoría de las reacciones que la sustentan en la Tierra: carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, fósforo y azufre. De estos, el carbono es la piedra angular de la vida tal como la conocemos, es el elemento más característico de los sistemas biológicos. Es el cuarto elemento más abundante del universo y en el cuerpo humano representa alrededor del 18% de la masa.

La importancia del carbono reside en su riqueza desde el punto de vista químico: cada átomo de carbono puede formar cuatro enlaces con otros átomos, lo que abre innumerables posibilidades para la construcción de moléculas complejas. Su versatilidad es aún mayor debido a su capacidad para formar enlaces dobles y triples. Así, todas las moléculas que constituyen los seres vivos ―carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas― y sus derivados tienen una estructura basada en el carbono. Esta gran variedad de estructuras son en su mayoría estables dentro de un amplio intervalo de temperaturas, condiciones que suelen darse únicamente en la Tierra.


Imagen 1.  En estos ejemplos de biomoléculas se puede apreciar el esqueleto de átomos de carbono (bolas de color negro).


La mayoría de búsquedas de vida extraterrestre se ha centrado en el hallazgo de signos de vida similar a la nuestra, es decir, agua en estado líquido o la existencia de compuestos complejos a base de carbono. Pero ¿y si la vida se pudiera construir de forma diferente? En este contexto, vamos a hablar del silicio, que tiene muchas propiedades similares a las de carbono y es el sustituto más prometedor. Al menos es el más usado en ciencia ficción.

El silicio (Si) se encuentra justo debajo del carbono en la tabla periódica y por ello comparten muchas características: también puede formar enlaces con otros cuatro átomos a la vez, formar cadenas largas (polímeros) y unirse al oxígeno. Hay enormes cantidades de silicio en la Tierra, de hecho, es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno. La mayoría se encuentra en las rocas volcánicas e ígneas en forma de minerales de silicato (SiO44-).


Imagen 2.  Polímero basado en silicio y oxígeno (bolas de color gris y rojo, respectívamente).


Sin embargo, en un entorno similar a la Tierra, el silicio presenta varias desventajas respecto al carbono. Las cadenas formadas por el silicio no son tan estables a la temperatura y pH de la Tierra y tampoco tienen la capacidad para hacer y deshacer enlaces con el oxígeno fácilmente. Cuando el carbono se oxida para obtener energía se convierte en dióxido de carbono (CO2), que es un gas y, por lo tanto, fácilmente excretable; el silicio, por su parte, forma dióxido de silicio como producto de desecho, que es un sólido, lo que plantea muchos problemas a la hora de ser eliminado por un sistema vivo.

Por lo tanto, una vida basada en silicio es poco probable, al menos en la Tierra. Pero existe la teoría de que la cosa podría ser diferente en un ambiente diferente. Se ha especulado con que podría existir vida basada en silicio en un planeta muy caliente con una atmósfera rica en hidrógeno y pobre en oxígeno, lo que permitiría una química compleja de silanos imitando la química orgánica de la Tierra.

Entonces, ¿es posible que exista un planeta en algún otro sistema solar que sustituya al silicio por el carbono? Aún no se ha encontrado evidencia alguna, aunque en la ciencia ficción sí que ha demostrado ser una fuente fértil para la vida. Con los pies en el suelo, si existieran formas de vida basadas en el silicio, ¿qué aspecto tendrían? ¿Seríamos capaces de reconocerlas? Sería probablemente una forma de vida muy primitiva, algo más parecido a una roca que a un alienígena con boca y extremidades, y los signos de su existencia serían muy ambiguos. Los astronautas del futuro pasarían por alto las pistas de una “roca-monstruo” o pisarían los excrementos de arena de alguna criatura silícea. Tal vez la verdad pueda ser más extraña que la ciencia ficción.


Imagen 3.  En Star Trek ilustran de esta forma una forma de vida basada en silicio.


Existen otras propuestas para sistemas de vida basados en algo diferente al carbono, pero químicamente cojean bastante. Esto no significa, por supuesto, la exclusión de una vida basada en carbono ahí fuera. Tal vez, si existen otras formas de vida en algún planeta remoto, éstas tengan un origen común a las terrestres y hayan evolucionado de forma paralela.

El interrogante del título es solo el primero de otros muchos: ¿Cómo se originaron las primeras células? ¿Por qué la vida macroscópica llega tan tarde en la historia de la Tierra? ¿Es realmente necesaria una atmósfera oxigenada o sólo en el caso especial de la Tierra? ¿Cómo de un caos sin dirección alguna se llegó a los sistemas de vida ultra-organizados bajo el control estricto de unas moléculas complejas sintetizadas siguiendo las directrices de una plantilla?

Todos estos misterios están a la espera de aclararse y hasta que no se consiga, una comprensión completa de la única vida con la que estamos familiarizados seguirá siendo difícil de alcanzar. Incluso cuando descubramos vida en otros mundos, ya sea como la vida que conocemos o totalmente exótica en sustancia, la astrobiología dejará de ser una ciencia especulativa y se convertirá en un estudio observacional. Sin duda, será uno de los descubrimientos más emocionantes de todos los tiempos.



Por Jesús @JGilMunoz 




<<< Patologías vampíricas




Este post forma parte del especial "¿Truco o Ciencia?" y participa en la LX Edición del Carnaval de la Química, alojado en el blog Pantomaka.



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RECOMENDACIÓN
  • Novela "La nube negra" (Fred Hoyle, 1961).


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