Semillas de vida

Porqué la vida ha de estar basada en el carbono y el agua

La búsqueda de vida en otros mundos está basada en varias premisas, y la primera de ellas es que cualquier forma de vida debe ser similar a la que única que conocemos, la que existe en nuestro planeta. Puede pensarse que somos muy rígidos al negar la existencia de otras formas de vida diferentes, pero hay motivos para pensar así. En particular, la Comunidad Científica en general está convencida de que toda la vida estará basada en estas dos Semillas de Vida: el carbono y el agua.

Uno de los motivos para pensar ello es la abundancia de los elementos en el universo. El carbono, junto con el nitrógeno y el oxígeno, son elementos ligeros muy abundantes. Son los más abundantes después del hidrógeno y el helio. El helio no forma compuestos, por lo que no puede formar parte de la vida. Y el hidrógeno está en al agua (formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).

El porqué del carbono.- La vida en la Tierra está basada en el carbono, hasta tal punto que no conocemos ningún compuesto relacionado con la vida en el que no esté presente (la única excepción podría ser el agua). El carbono presenta unas propiedades químicas muy interesantes, que explican su posición de privilegio:

-En primer lugar, el carbono tiene valencia 4. La valencia es el número de uniones que es capaz de formar un átomo con cualquier otro, y el carbono puede hacerlo con otros cuatro, uno de los valores más altos posibles en la química (al menos para átomos pequeños). -En segundo lugar, el carbono es capaz de unirse a sí mismo para formar largas cadenas, o incluso redes tridimensionales, y se trata de uniones muy fuertes; el caso más extremo lo tenemos cuando cada átomo de carbono se une a otros cuatro, constituyendo así una estructura formada sólo por carbono: esa estructura es el diamante, la sustancia más dura conocida. Sin llegar a tales extremos, es evidente que la unión de 2 ó 3 átomos de carbono será muy fuerte.

-Además, a esas cadenas o redes de carbono pueden unirse otros átomos, especialmente los otros antes mencionados, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Se forman así muchísimos compuestos enormemente complejos, justamente el tipo de complejidad que hace posible la vida.

¿Sería posible otro elemento que sustituyera al carbono? Tendría que ser un elemento abundante, y que formara gran cantidad de uniones consigo mismo y con otros elementos.
De los cinco elementos más abundantes, ya descartamos al helio porque no forma compuestos. El hidrógeno y el oxígeno tienen valencias 1 y 2, por lo que sólo pueden formar compuestos muy sencillos. En teoría, podría haber una cadena formada por átomos de oxígeno, pero lo más parecido es el peróxido de hidrógeno, formado por 2 átomos de hidrógeno y dos de oxígeno (es el principal componente del agua oxigenada). El nitrógeno tiene valencia 3, y puede unirse a otros tres átomos. Sin embargo, no se conocen cadenas de varios átomos de nitrógeno. Por lo tanto, sólo nos queda el carbono, entre los cinco elementos más abundantes del universo.
¿Y no hay algún otro que, sin ser tan abundante, sea lo suficientemente abundante para tenerlo en cuenta? El mejor candidato es el silicio, elemento muy abundante en las rocas y, por lo tanto, en cualquier planeta tipo terrestre. El silicio forma, con el oxígeno la sílice, que forma las arenas de las playas. Y la mayoría de las rocas son silicatos, es decir derivados de sílice. Además, el silicio tiene valencia 4, igual que el carbono.
¿Puede haber vida basada en el silicio? Resulta difícil.
Para empezar, el silicio no forma cadenas ni redes consigo mismo. Es un átomo demasiado grande para poder formar ese tipo de estructuras. Lo más parecido son las estructuras con oxígeno como unión entre dos átomos de silicio; se forman así cadenas y redes tridimensionales de gran tamaño, pero el resultado es casi siempre una roca. Estos compuestos de silicio y oxígeno (es decir de sílice) carecen de las complejidades de los compuestos de los seres vivos, son demasiado simples; además, son todos sólidos insolubles, que sólo reaccionan estando fundidos a temperaturas del orden de 1.000ºC (temperaturas típicas de la lava fundida, pero no de los seres vivos).
Sólo existen unos compuestos de silicio que tienen algunas de las propiedades conocidas en los compuestos de los seres vivos; son las siliconas, compuestos de silicio, carbono, oxígeno e hidrógeno. Podrían tal vez existir siliconas en algún ser vivo; pero si nos fijamos bien, ya se nos coló el carbono por el camino… De todos modos, todos los compuestos de silicona que conocemos son artificiales, no se conoce ninguno en un ser vivo terrestre.

El porqué del agua.- El agua, aparte de ser la molécula estable más abundante en el Universo (después de la de hidrógeno H2), tiene unas propiedades físicas y químicas que la hacen muy especial.
En primer lugar, es líquida entre 0ºC y 100ºC, cuando otros compuestos similares son gaseosos a esas temperaturas. No es casualidad que las temperaturas adecuadas para la vida se correspondan a la del agua líquida: la vida es imposible sin que ocurran determinadas reacciones químicas; estas reacciones son demasiado lentas a 0ºC, y por encima de 50ºC tienen lugar otras reacciones que tienden a romper la moléculas de los seres vivos (hay seres vivos adaptados a soportar temperaturas de –40ºC o de 120ºC, pero son casos especiales).
Esta característica de ser líquida (o incluso sólida, por debajo de 0ºC) se debe a la formación de un tipo especial de unión, los puentes de hidrógeno, formados por el hidrógeno y otros elementos como oxígeno, nitrógeno o fluor; los puentes de hidrógeno mantienen unidas las moléculas y les impiden separarse para formar un gas.
En segundo lugar, el agua es el mejor disolvente conocido, pues disuelve tanto sustancias polares como no polares. Las sustancias polares forman iones (partículas con carga eléctrica) en disolución; las no polares no forman iones, no tienen partículas cargadas. Ello es posible porque la molécula de agua tiene una cierta polaridad, con lo que tiene lo mejor de ambos mundos.
¿Puede haber sustitutos del agua? Tienen que sustancias líquidas a temperaturas compatibles con la vida, y además ser compuestos muy abundantes en el Universo. Eso elimina sustancias como el fluoruro de hidrógeno, el cloruro de hidrógeno o el sulfuro de hidrógeno. Dentro del grupo de sustancias parecidas, sólo nos queda el amoniaco.

Es concebible que exista vida usando amoniaco como disolvente, pero tendría que existir a temperaturas más bajas, pues hierve a –33ºC. Además, sólo es líquido en el intervalo de –78ºC a –33ºC, es decir sólo 45º, en lugar de los 100º del agua.
La sonda Huyggens ha visitado Titán (satélite de Saturno) y nos ha enviado unas fotografías muy interesantes. En ellas se ven lagos y ríos, y una playa rocosa. No se aprecian señales de vida… al menos vida reconocible (pero a esas temperaturas no es fácil). Eso sí, los lagos y ríos no son de agua, sino de hidrocarburos como etano y metano. Y las rocas casi seguro que son hielo de agua. También hay volcanes, o más exactamente criovolcanes pues lo que expulsan en sus erupciones es vapor de agua, de amoniaco y CO2.
¿Puede haber vida en Titán? Cabe en lo posible que a esas temperaturas (unos –150ºC) se puedan formar algunos compuestos adecuados para la vida, pero veo muy difícil que pueda existir la vida como tal. ¿Por qué? En primer lugar, las reacciones serán demasiado lentas a esas temperaturas; se trataría de vida a un ritmo mucho más pausado que la nuestra. Y en segundo lugar, el etano y metano son no polares, por lo que no son buenos disolventes. Claro que a esas temperaturas el amoniaco es líquido y puede tener un papel similar al del agua.
En todo caso, sólo cuando se envíe una nueva misión a Titán se podrán aclarar estas cuestiones.

Los otros mundos de nuestro sistema solar en los que podría haber vida se caracterizan por la presencia de agua líquida y abundante carbono. La vida que podría existir en cualquiera de ellos no será así tan diferente de la nuestra.

Félix Díaz

Hablando de Ciencia