Una particularidad que tienen en común todos los organismos vivos de la Tierra, desde las bacterias hasta los seres humanos, es que toda la vida que se puede encontrar en nuestro planeta es orgánica o, lo que es lo mismo, está compuesta por moléculas basadas en el carbo…
¡Mentira! ¡Hace unos años se encontraron bacterias que están basadas en el arsénico!
No, voz cursiva, pese a lo que afirmaran algunos titulares, lo que se creía haber descubierto eran bacterias que usaban arsénico en su ADN en lugar de fósforo. El estudio se refutó hace tiempo pero, de todas maneras, incluso aunque realmente hubieran sido capaces de sustituir el arsénico de su ADN por fósforo, el código genético de estas bacterias seguiría estando formado por moléculas organizadas en torno a átomos de carbono, con el arsénico como «complemento».
Para evitar confusiones durante el resto de la entrada, que una forma de vida esté basada en el carbono significa que la estructura de las moléculas que la componen está organizada por los átomos de este elemento. En este esquema de una molécula de ADN se puede ver que los átomos de carbono (gris) forman el «esqueleto» del código genético, mientras que el fósforo (amarillo) está en la periferia de la molécula para cumplir otras funciones.
(Fuente)
Para ilustrar la diferencia entre una sustancia basada en el carbono y otra que sólo contiene este elemento, en la siguiente imagen tenéis una molécula de vitamina C y otra de polidimetilsiloxano.
Como podéis ver, la vitamina C tiene un «esqueleto» de carbono, pero el del polidimetilsiloxano está compuesto de átomos de silicio y de oxígeno. Por tanto, esta segunda sustancia está basada en el silicio, pero contiene el carbono como «complemento».
Pero, bueno, la cuestión es que todos los organismos que viven en nuestro planeta deben su existencia principalmente a cuatro macromoléculas basadas en el carbono:
- El ADN, que codifica la información del ser vivo.
- Las proteínas, que tienen funciones estructurales y también sirven para mandar señales químicas.
- Los lípidos, que también forman parte de la estructura de las células y, además, almacenan energía.
- Y los carbohidratos, de los que se puede extraer energía.
Por supuesto, distintos organismos necesitan cantidades mayores o menores de otras sustancias inorgánicas para mantenerse vivos pero, aun así, sin un esqueleto de carbono, el resto de elementos que contienen las moléculas orgánicas no se podrían ensamblar por sí solas para dar lugar al complejo tinglado que es la vida tal y como la conocemos.
Ya, bueno, pero en la tabla periódica hay otros 79 elementos que son estables. ¿Qué tiene el carbono de especial? ¿No sería posible que existiera otro tipo de vida basada en un elemento distinto al carbono?
Vamos a echarle un vistazo a la cuestión, voz cursiva.
Hay que tener en cuenta que cualquier organismo, sea grande o pequeño, tendrá que llevar a cabo un montón de funciones diferentes para permanecer con vida: necesita materiales con los que sintetizar los diferentes tejidos que lo componen, codificar su código genético, almacenar energía, recibir y procesar señales de su entorno y coordinar las diferentes partes de su organismo. Estos procesos no sólo requieren la intervención muchos tipos de moléculas diferentes sino que, además, esas moléculas tienen que ser compatibles entre ellas.
El carbono es el elemento ideal para abastecer esta demanda de diversidad molecular porque, gracias a sus propiedades químicas y al pequeño tamaño de sus átomos, puede formar una gran variedad de sustancias, desde las gigantescas moléculas en las que está codificada la información genética de un ser vivo hasta compuestos más simples y necesarios para que un cuerpo siga funcionando a largo plazo.
De hecho, para hacernos una idea de lo versátil que es el carbono, de los 12 millones de compuestos químicos conocidos, 10 millones son moléculas orgánicas, así que el carbono es capaz de producir más compuestos diferentes que el resto de los elementos de la tabla periódica juntos. Ese es el motivo por existe una rama entera de la química dedicada a estudiar el comportamiento del carbono, la llamada química orgánica.
Total, que el hecho de que el 85% de los compuestos conocidos estén basados en el carbono deja claro que es el elemento más versátil de la tabla periódica. Y eso convierte al carbono en el candidato ideal para abastecer la demanda de diversidad química que necesita la vida.
Bueno, vale, pero, de entre esos millones de compuestos orgánicos a los que da lugar el carbono, los organismos vivos «sólo» utilizan unos cuantos miles. ¿No hay ningún otro elemento que tenga una química lo suficientemente variada como para dar lugar a alguna forma de vida?
Buen matiz, voz cursiva.
Se suele considerar el silicio como la alternativa más plausible para la vida porque es el único elemento, además del carbono, que puede formar cadenas de átomos lo bastante largas como para codificar información biológica en su interior o, lo que es lo mismo, formar algún tipo de ADN (aunque sea muy simple) que permita a un ser vivo replicarse.
Pero no cantemos victoria todavía, porque el silicio tiene una serie de propiedades distintas al carbono que limitan mucho su capacidad para producir vida.
En primer lugar, los átomos de silicio tienden a unirse entre ellos mediante enlaces simples, que son muy débiles en comparación con los enlaces dobles o triples que se forman entre los átomos de carbono. Como resultado, las moléculas complejas basadas puramente en el silicio, como los silanos, son mucho más inestables que las del carbono, sobre todo en ambientes ricos en oxígeno y/o agua.
Las moléculas que tienen un esqueleto de átomos de silicio alternados con átomos de oxígeno (las siliconas) son más estables en estas condiciones… Pero eso es precisamente porque son bastante inertes, lo que limita su potencial para formar compuestos complejos con otras moléculas de su entorno.
Además, al tener un tamaño mayor, a los átomos de silicio les cuesta mucho más encajar átomos de otros elementos a su alrededor y formar moléculas tan grandes y complejas como las que forma el carbono.
Una molécula orgánica grande perteneciente a la familia de las porinas. (Fuente)
Otro impedimento que presenta el silicio a la hora de formar vida es que, en la naturaleza, tiende a encontrarse unido con el oxígeno en forma de dióxido de silicio (SiO2), una sustancia sólida, dura, insoluble e inerte. De hecho, es el compuesto del que están hechos el cuarzo y el vidrio.
Cristales de cuarzo ahumado enormes encontrados en los Alpes Suizos. Crédito: Franz von Arx/Elio Mulle.
El problema es que los enlaces entre el oxígeno y el silicio son muy fuertes así que, incluso aunque el silicio pueda ser mucho más abundante que el carbono en un planeta rocoso (como ocurre en la Tierra), prácticamente todos los átomos de este elemento estarán unidos al oxígeno, sin posibilidad de reaccionar químicamente con su entorno para dar lugar a otros compuestos más complejos.
Total que, en términos de producir vida, el silicio no…
¡Espera, espera, no concluyas nada aún! Si todo esto es cierto y a la vida le cuesta tanto asimilar el silicio, ¿cómo puede ser que haya organismos que lo utilizan en nuestro planeta, eh?
Si, tienes razón, hay organismos marinos como las diatomeas que tienen caparazones hechos de sílice, precipitado a partir del ácido silícico que hay disuelto en el mar. Pero hay que tener en cuenta que este sílice no forma parte de la estructura molecular del propio ser vivo, sino que simplemente se deposita sobre el organismo hasta formar un caparazón inerte a su alrededor.
Una diatomea de la especie Thalassiosira pseudonana.
Como iba diciendo, las propiedades químicas del silicio limitan mucho su capacidad para producir vida en condiciones similares a las de la Tierra, donde las moléculas a las que da lugar serían demasiado inestables. Ahora bien, ¿existiría algún entorno en el que el silicio fuera un elemento más apropiado para la vida que el carbono?
Es difícil saberlo. Por ejemplo, hay compuestos de silicio que son solubles en nitrógeno líquido, lo que podría convertir este elemento en el mejor candidato para formar vida en mundos muy fríos y sin oxígeno que potencialmente puedan contener océanos (o charcos, aunque sea) de esta sustancia. De hecho, es posible que existan ambientes muy distintos a las condiciones que se pueden encontrar en la Tierra y en los las moléculas basadas en el silicio tengan más éxito que las orgánicas a la hora de producir sustancias complejas precursoras de algún tipo de vida.
En cualquier caso, aunque teóricamente hay situaciones en las que el silicio podría tener ventajas sobre el carbono, de momento no hay señales de que exista vida basada en el silicio, por simple que sea, ni en la Tierra ni en ningún otro lugar del universo. Y, aunque no se sabe qué tipos de compuestos de silicio pueden combinarse para dar lugar a algún tipo de forma de vida, sí que se sabe que este elemento tiene una química mucho más limitada que el carbono, así que es posible que un organismo con base de silicio nunca pudiera alcanzar el grado de complejidad que ha demostrado la vida orgánica.
Ahora bien, el silicio sí que funciona estupendamente para fabricar circuitos electrónicos así que, si se considerara que un robot con una inteligencia artificial lo bastante avanzada estaría vivo, entonces se podría razonar que la vida basada en el silicio puede surgir siempre y cuando exista alguna forma de vida basada en el carbono que la invente primero. Pero, por supuesto, eso es un debate completamente distinto del que tal vez hablaría otro día.
Hasta entonces, os dejo con las informaciones de siempre.
