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Puede que no sea obvio a primera vista, pero el carbono es un elemento fundamental de la vida en la Tierra. El ADN y el ARN están compuestos de carbono. Y no solo de carbono, por supuesto, sino que este puede unirse a otras moléculas para formar largas cadenas esenciales para la vida. Y no solo para la vida humana, sino para toda la vida: desde plantas y hongos hasta mamíferos, insectos y más allá. Toda la vida en nuestro planeta se basa en el carbono.
Técnicamente, toda forma de vida debe basarse en el carbono. Es totalmente posible que otro elemento reemplace al carbono en la formación de las cadenas moleculares que componen los elementos básicos de la vida, pero todo esto es teórico. Nunca hemos visto formas de vida que no se basen en el carbono; generalmente las relegamos a la ciencia ficción y las representamos como algo bastante extraño.
Si toda la vida se basa realmente en el carbono, surge la pregunta: ¿por qué? ¿Qué hace del carbono el elemento ideal para la vida? ¿Y qué tan plausibles son las teorías sobre otros elementos? ¿Qué elementos podrían contribuir a la formación de la vida, y cómo podemos saberlo? ¡Descubrámoslo!
¿Qué permite que el carbono dé origen a la vida?
Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante del universo y el oxígeno es esencial para la vida, el carbono es la base de la vida y el elemento más importante en esta ecuación. Esto se debe a las propiedades únicas del carbono, de las que carecen muchos otros elementos. En particular, el carbono es un excelente colaborador, ya que forma fácilmente enlaces fuertes con otros elementos.
La fuerza de los enlaces de carbono permite la formación de moléculas muy complejas. El ADN, por ejemplo, es una molécula extremadamente compleja. Su función se basa en que los enlaces de carbono la mantienen unida. Forma fácilmente largas cadenas poliméricas, que permiten la existencia del ADN y las proteínas, ya que estas pueden alcanzar longitudes muy grandes.
La fórmula molecular del ADN es C15H31N3O13P2. Como se puede observar, el carbono desempeña un papel fundamental en la molécula. Aquí, se une al hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno y el fósforo. Estos son los elementos fundamentales de la vida. Todo lo demás se construye a su alrededor, por lo que el carbono es una especie de estructura o esqueleto sobre el que se basa la vida.
Nuestro mundo está literalmente repleto de carbono, sobre todo en comparación con muchos otros elementos. De hecho, el carbono es el cuarto elemento más abundante en todo el universo. Los tres primeros son el hidrógeno, el helio y el oxígeno, todos ellos gases. Por lo tanto, el carbono es la sustancia sólida más común. Así pues, dada su abundancia, no sorprende que pueda ser fundamental para la vida.
Debido a que los átomos son tan pequeños, esto facilita enormemente la formación de cadenas moleculares extremadamente complejas. Como ya hemos mencionado, el carbono puede formar proteínas y azúcares. Todo lo que la vida necesita para obtener energía se basa en el carbono, al igual que la vida misma. Esto significa que los organismos vivos pueden descomponer otras moléculas basadas en carbono para obtener la energía que necesitan para sobrevivir. Es una especie de ejemplo microscópico de "somos lo que comemos".
Ciclo del carbono
En la Tierra existe un fenómeno llamado ciclo del carbono. Se trata de un proceso a gran escala que abarca todo el planeta. Permite que todo el planeta recicle el carbono, lo distribuya y, en cierto modo, sustente la vida.
Las reservas mundiales de carbono son limitadas. No lo destruimos, pero tampoco lo creamos. Desde luego, no podemos, sobre todo a esta escala. Así que tenemos tanto carbono como nunca antes. Esto significa que todo lo que lo utilice acabará teniendo que compartirlo. Es muy posible que parte del carbono que llevas dentro haya estado alguna vez en Abraham Lincoln, en un tiranosaurio rex y, quizás, en los primeros organismos unicelulares que nadaban en esas aguas cuando la vida comenzó en nuestro planeta.
Las plantas absorben dióxido de carbono del aire. Este se almacena en el suelo y en las raíces, y puede liberarse cuando las plantas mueren. Los océanos absorben el carbono, y los organismos vivos, como los animales, lo exhalan a la atmósfera para intercambiarlo con oxígeno.
Una parte importante del ciclo del carbono está ligada a la atmósfera y a cómo el dióxido de carbono afecta la calidad del aire y las temperaturas globales. Pero también podemos observar cómo se mueve el carbono de otras maneras: cuando las plantas lo absorben, los animales consumen las plantas, los animales nos consumen a nosotros, y estos átomos de carbono se intercambian constantemente en diversas formas. No se trata solo de dióxido de carbono; también se transfieren proteínas, azúcares y otras moléculas entre organismos en la danza cíclica de la vida.
¿Son posibles otros procesos bioquímicos?
Entonces, si el carbono puede constituir la base de la vida porque se combina fácilmente con otros elementos, ¿son estos otros elementos capaces de realizar la misma función? Resulta que, si bien el carbono es idóneo para esta tarea, no está solo. Es importante recordar que todo esto es puramente teórico, pero ¿qué es la ciencia si no se plantea preguntas para comprobar si algo es posible?
Silicio
El silicio se encuentra justo debajo del carbono en la tabla periódica. Suele ser el elemento que más se menciona al hablar de posibles formas de vida. Esto se debe a que su estructura molecular se asemeja mucho a la del carbono. Si bien no forma enlaces complejos con tanta facilidad con otros elementos, su capacidad es bastante buena.
Estructuralmente, muchos de los enlaces y moléculas del silicio se asemejan a los del carbono. El silicio también puede formar enlaces fuertes con el oxígeno, lo cual sería necesario para crear los componentes básicos de la vida, al menos tal como la entendemos. Sin embargo, este enfoque también presenta posibles inconvenientes.
No todos los enlaces entre átomos de silicio son tan fuertes como los que se forman entre átomos de carbono. El silicio es ideal para altas temperaturas, pero a las temperaturas habituales de la superficie terrestre, los enlaces entre átomos de carbono son mucho más fuertes. Además, los átomos de silicio son mucho más grandes que los de carbono. Esto los hace algo voluminosos en algunas moléculas y reduce la posibilidad de crear algunos de los polímeros más complejos que se pueden sintetizar con carbono.
Investigadores han logrado manipular microbios en el laboratorio para crear compuestos orgánicos a partir de silicio, algo que no suele ocurrir en la naturaleza. Esto refuerza significativamente la idea de que algún día podríamos descubrir vida basada en silicio en el universo.
Metano
La idea de posibles formas de vida basadas en metano es un poco más teórica que la cuestión del silicio. Aquí es donde las cosas se vuelven mucho más complejas y difíciles de entender. Como mínimo, el carbono y el silicio son elementos distintos. El metano es una molécula compuesta de carbono y oxígeno, así que quizás técnicamente se trate de vida basada en carbono. Sin embargo, el metano no es un entorno en el que la mayoría de las formas de vida en la Tierra puedan prosperar. Desde luego, no querrías respirarlo con regularidad.
Investigadores de la NASA que estudian Titán, una de las lunas de Saturno, han descubierto cianuro de vinilo en su atmósfera. Creen que este compuesto orgánico podría proporcionar membranas celulares para formas de vida que se alimentan de metano. Probablemente se trataría de microorganismos en los océanos de metano que cubren la luna, pero teóricamente es posible.
Las membranas en Titán estarían compuestas de nitrógeno, carbono e hidrógeno, a diferencia del fósforo y el oxígeno que se encuentran aquí en la Tierra.
Azufre
Los fósiles más antiguos que hemos encontrado en la Tierra datan de hace 3.400 millones de años. Fue la época de los orígenes de la vida, y nuestro planeta no se parecía al de hoy. No había oxígeno en la atmósfera ni fotosíntesis para convertir el dióxido de carbono en algo respirable. El mundo era caliente, gaseoso y extremadamente inhóspito para cualquier ser vivo actual. Entonces, ¿cómo surgió la vida y qué función desempeñó?
Los fósiles descubiertos por los científicos indican la existencia de microorganismos que utilizan el azufre como fuente de energía. Estos microorganismos crecieron y se multiplicaron, lo que generó esperanzas de que algún día se pueda descubrir vida, o al menos evidencia de ella, en Marte.
Además, se cree que algunos de los compuestos de azufre que dieron origen a la vida en la Tierra procedían originalmente del espacio. Si aterrizaron aquí y dieron lugar a dinosaurios, palomas y futbolistas, ¿quién sabe qué podría haber ocurrido en otro planeta?
Amoníaco
Al igual que el metano, el amoníaco es otra sustancia en la que, por decirlo suavemente, la mayoría de los organismos vivos en la Tierra no pueden sobrevivir. Existen teorías sobre la vida basada en el amoníaco, pero en este caso, no se trata tanto de que el amoníaco reemplace al carbono —lo cual es imposible porque es una molécula, no un átomo— sino más bien de que reemplace al agua.
El amoníaco no es del todo incompatible con la vida. Producimos amoníaco en la orina, por lo que forma parte de nuestra biología, aunque no se considera una sustancia orgánica. Esto se debe simplemente a que es un compuesto que contiene nitrógeno y no carbono. La vida basada en el carbono es orgánica. Sin embargo, si descubriéramos vida no basada en el carbono, tu definición de materia orgánica tendría que modificarse.
Dado que muy pocos planetas del Sistema Solar, y quizás incluso del Universo entero, tienen agua líquida, es lógico preguntarse qué otros líquidos podrían haber dado origen a la vida. La vida tal como la conocemos requiere agua, pero ¿quién dijo que la vida tiene que ser como nosotros? Ahí es donde entra en juego el amoníaco.
Incluso en nuestro sistema solar, existen pocos líquidos que se encuentren en grandes cantidades. Mercurio y Venus contienen ácido sulfúrico. Si bien tenemos agua, y se ha detectado en algunas lunas, es probable que los planetas más fríos contengan amoníaco, que tiene un punto de congelación más bajo. A medida que descienden las temperaturas, el metano se licúa, e incluso el nitrógeno podría estar presente en estado líquido en los confines del sistema solar.
La presencia de un líquido en suspensión no implica que pueda funcionar en organismos vivos. Debe cumplir con una serie de criterios, como la capacidad de actuar como disolvente, tener baja viscosidad, resistencia a las fluctuaciones de temperatura y otros factores. Teniendo todo esto en cuenta, si descartamos el agua líquida, que se considera ideal, el amoníaco es nuestra mejor alternativa.
El amoníaco es la cuarta molécula más abundante del universo y su composición química es muy similar a la del agua. No es exactamente igual al agua, que es esencial para el funcionamiento de los organismos vivos, pero nuestro conocimiento se basa en lo que sabemos y hemos observado, por lo que es difícil determinar si nos falta algún detalle.
La vida en un collar cósmico
Existe otra teoría sobre cómo pudo haberse originado la vida en algún lugar del universo que deja muy atrás la idea de la vida basada en el carbono. Va incluso más allá de la idea de la vida basada en el silicio, la vida basada en el amoníaco o cualquier cosa similar. Es la vida como un collar cósmico, y es el extremo más radical de todos.
Si consideramos lo que sabemos sobre la vida extrema en la Tierra, podríamos recordar algo como el tardígrado. Estos diminutos organismos pueden sobrevivir en frío extremo, calor extremo e incluso en el vacío del espacio. También existen formas de vida que prosperan alrededor de chimeneas hidrotermales increíblemente calientes y tóxicas que brotan en el fondo del océano. Si bien estas son excepciones, demuestran que hay casos en los que la vida puede prosperar de maneras que desafían nuestras expectativas. Donde el 99,91 TP3T de todo lo demás perecería, estas criaturas prosperan como seres pacíficos. Ahora imaginen esto a escala cósmica.
Si dejamos de lado lo que creemos saber sobre los elementos esenciales para la vida —a saber, el carbono, el oxígeno, el agua, la gravedad adecuada y la distancia correcta a la estrella— podemos comenzar a buscar en lugares verdaderamente exóticos. Por ejemplo, en el interior de las propias estrellas.
Esto es pura especulación teórica, pero la idea es que podría existir una partícula similar al bosón de Higgs, llamada monopolo magnético. Ni siquiera sabemos si esta partícula es real. Al igual que el bosón de Higgs, permaneció en el plano teórico durante mucho tiempo. Si bien la existencia del bosón de Higgs finalmente se demostró, esta partícula aún se nos escapa.
De ser cierto, estas partículas podrían conectarse mediante filamentos cósmicos, formando estructuras similares al ADN dentro de las estrellas. Si la capacidad de autorreplicarse está codificada en el ARN y el ADN, estas partículas podrían desempeñar una función similar dentro de las estrellas, codificando y reproduciéndose, creando así una forma de vida distinta a cualquier otra existente en nuestro planeta. Sería vida basada en partículas, o al menos sus componentes básicos.
En cuanto a si estos collares podrían llegar a tener algún significado consciente, esa es otra historia, ¿quién sabe?
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