La
vida tal como la conocemos sigue una serie de reglas que nos permiten verla
como parte de un todo ordenado. En nuestra probablemente (muy) limitada visión
del fenómeno de la vida consideramos ciertos requisitos como fundamentales para
que ésta se presente y desarrolle. En el artículo previo describí de forma
general a la ciencia de la astrobiología, la cual se encarga de estudiar la
vida en el espacio. En este artículo voy a profundizar sobre las condiciones
básicas que debemos buscar en el cosmos para que tengamos una mayor
probabilidad de encontrar vida.
Considero necesario aclarar que todo lo
explicado a continuación deviene del estudio de la única clase de vida que
conocemos, la vida en nuestro planeta. Es probable que en otros lugares pueda
emerger la vida en condiciones que nos parecerían impensables, pero no podemos
estar seguros de ello. Sabemos que ciertas reglas físicas y químicas básicas
deben aplicarse en cualquier parte del cosmos, pero algunas de ellas asociadas
al fenómeno de la vida todavía pertenecen al campo de la especulación.
Analizaremos a continuación los tres
requisitos fundamentales para la presencia de vida: el medio, la materia prima
y el método.
El medio para la vida: el agua
Sabemos que allí donde encontremos agua,
probablemente hallemos vida. El agua es un componente necesario de todas las
células vivas, constituye alrededor del sesenta por ciento de la masa de los
humanos y es el componente principal de la mayoría de los organismos. Estamos
especialmente interesados en el agua en estado líquido, por eso buscamos
planetas como la Tierra, que se mantengan a una distancia prudente de su
estrella madre, para que el agua no se congele ni se evapore. ¿Pero qué es
exactamente lo que convierte al agua en un medio tan favorable para el
surgimiento y desarrollo de la vida?
El agua es el solvente básico de la química
de la vida como la conocemos, puesto que proporciona un ambiente estable donde
las sustancias químicas pueden moverse e interactuar. Podemos enumerar cinco
características químicas del agua que la convierten en un ambiente tan propicio
para la vida; veremos a continuación cada una de estas.
Para entender algunas de estas
características, debemos comprender la estructura molecular del agua. La
molécula de agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de
oxígeno. Aunque los tres átomos comparten electrones, el de oxígeno ejerce una
mayor atracción que cualquiera de los átomos de hidrógeno. Esta desigualdad
hace que el agua sea ligeramente bipolar. Dicha polaridad la convierte en un
solvente perfecto para los compuestos iónicos, como las sales. Esta capacidad
para disolver y conservar iones es necesaria para la vida. Por otro lado, su
ligera polaridad permite disolver moléculas orgánicas pequeñas, como los azucares
simples y los ácidos nucleídos, proceso esencial en la química de la vida.
Su alta reactividad es otra de las
características importantes. Cada molécula de agua puede disociarse en un
hidrógeno de carga positiva (H+) y un hidróxido de carga negativa (OH-). Esta
disociación del agua la convierte en un reactivo ideal en muchas reacciones
biológicas, como la reacción de deshidratación, a través de la cual dos
moléculas se unen por la exclusión del agua.
Por supuesto, la reacción de deshidratación
es reversible: las reacciones que unen moléculas pueden invertirse para
separarlas. Los ácidos y las bases son perjudiciales para la vida precisamente
porque el exceso de hidrógeno o hidróxido destruyen las moléculas biológicas,
obteniendo oxígeno o más hidrógeno para formar agua. Esta es otra
característica benéfica del agua: su nivel de acidez es suficientemente bajo,
por lo tanto no daña las interacciones biológicas.
Otra característica importante del agua
está relacionada con el intervalo en el cual se mantiene en estado líquido: por
encima de 0°C y por debajo de 100°C (estas cifras dependen de la presión). Este
es un rango muy razonable para que un planeta pueda seguir una órbita
ligeramente irregular y aún así mantener agua líquida en su superficie el tiempo
necesario para que la vida se desarrolle.
Por último, la característica más
significativa: el agua es abundante. La molécula del agua está formada
solamente por dos átomos. Posee un átomo de oxígeno, que es un elemento
relativamente abundante, y dos átomos de hidrógeno, el elemento más abundante
del universo.
Resumiendo, son entonces su polaridad,
reactividad, nivel de acidez, amplio intervalo de estado líquido y abundancia
las características que convierten al agua en un medio ideal para la presencia
de vida en el cosmos.
La materia prima de la vida: el carbono
Aproximadamente el noventa y cinco por ciento
de toda la materia viva está formada por tan solo seis elementos básicos:
carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O), fósforo (P) y azufre
(S). Los átomos de estos elementos se unen formando diferentes clases de
moléculas complejas, y estas moléculas se agrupan aumentando el nivel de
complejidad, siguiendo la escala hacia los orgánulos, las células, las
membranas, los órganos y los organismos.
Uno de los principales beneficios del átomo
de carbono es que puede establecer cuatro enlaces distintos con otros átomos
(de carbono o de otros elementos), lo que lo convierte en una de las moléculas
más versátiles para construir cadenas con grupos laterales y múltiples anillos.
Presenta una gran afinidad para enlazarse
químicamente con otros átomos pequeños y su pequeño radio atómico le permite
formar enlaces múltiples. Esta capacidad para formar enlaces múltiples
contribuye a la utilidad del carbono en la construcción de moléculas
químicamente activas e interesantes.
El carbono actúa como esqueleto de las
biomoléculas (aquellas que constituyen a los seres vivos), formando largas
cadenas centrales y anillos a los que se unen otros elementos. Su unión con el
oxígeno forma oxido de carbono, esencial para el ciclo de crecimiento de las
plantas; unido al hidrógeno forma diferentes compuestos llamados hidrocarburos,
compuestos básicos de la química orgánica; y combinado con el oxígeno e
hidrógeno forma gran variedad de compuestos, como los ácidos grasos, esenciales
para la vida. Las cadenas de átomos de carbono están la base de prácticamente
todas las moléculas biológicas.
El método de la vida: electrones y protones
La
vida como la conocemos surge de reacciones complejas entre diferentes moléculas
orgánicas. Los seres vivos poseen ciertos mecanismos que favorecen ciertas
reacciones e inhiben otras. Además, las reacciones biológicas se desenvuelven a
una velocidad mucho mayor que las abióticas. Las moléculas deben contar con
algún método para impulsar dichas reacciones: es allí donde entra en juego la
energía, a través del intercambio de electrones y protones.
Existen diferentes fuentes de energía que
utilizan los seres vivos para la mayoría de sus procesos químicos. La fuente de
energía más abundante es sin duda la radiación solar, que llega a nuestro
planeta a través de fotones. Otras fuentes de energía menores son los
compuestos orgánicos e inorgánicos reducidos. La vida dispone de dos métodos
principales para captar, almacenar y aplicar energía: la química redox
(reducción-oxidación) y el potencial quimiosmótico.
La química redox se basa en el traspaso de
electrones entre moléculas: la molécula se oxida cuando pierde electrones, y
por el contrario, se reduce cuando gana electrones. La vida utiliza compuestos
reducidos como medio para almacenar energía y llevarla de un lugar a otro.
Puede realizar trabajo gracias a la utilización de transportadores de
electrones cargados que retienen electrones de alta energía.
El potencial quimiosmótico es un complejo
proceso basado en la diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de
compartimentos de membrana, que realizan transporte activo utilizando
gradientes de protones. Puede ser utilizado como medio de almacenamiento
energético para la producción de calor y rotación flagelar.
En resumen, los organismos procesan la
energía obtenida a través de diferentes fuentes externas (la radiación solar,
compuestos orgánicos reducidos, etcétera) produciendo, almacenando y gastando
electrones y creando reservorios de protones, a través de complejas reacciones
químicas entre diferentes tipos de moléculas.
Conclusión
La vida tal como la conocemos sólo puede
encontrarse en un medio acuoso, sólo puede constituirse a partir de un material
básico y funciona siempre mediante el uso de la química redox y los gradientes
de protones. Podríamos imaginar otros medios, materiales y métodos que
sustenten la vida en otros lugares del cosmos, pero ¿qué otras combinaciones de
estos tres componentes son posibles y hasta qué punto es probable que se
encuentren en un lugar donde sean reconocibles? Esta es una pregunta aún sin
responder que se plantean los químicos y los científicos planetarios. Mientras
no podamos encontrar y estudiar otras químicas alternativas, la búsqueda de la
vida tal como la conocemos, con el agua, el carbono y la energía como
requisitos fundamentales, seguirá dominando la ciencia de la astrobiología.
Fuentes:
• Life
in Space: Astrobiology for Everyone. Dr. Lucas John Mix. Harvard University
Press. 2009.
• The
Astrobiology Primer: An outline of general knowledge. Lucas Mix, John
Armstrong, Kaspar von Braun, Avram Mandell, Annika Mosier, Jason Raymond, Sean
Raymond, Frank Stewart, Olga Zhaxybayeva. Version 1, 2006.
