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Archive for the ‘Origen de la vida’ Category

Origins 2011: arranque y conferencia de Ada Yonath

Desde Montpelier nos hemos puesto de acuerdo algunos participantes de Bioxano para reavivar este desolado rincón de la blogosfera. Nos encontramos en el día 1 del Origins 2011 Conference, organizado conjuntamente por el ISSOL y la International Astronomic Union. Durante seis días iremos actualizando los acontecimientos más sobresalientes de este suculento congreso.

Tras disfrutar brevemente de la agitación nocturna de una noche de sábado y de la exagerada calma de una mañana de domingo en esta encantadora ciudad, hemos podido asistir a los primeros compases de lo que promete ser una semana apasionante. Las primeras intervenciones, previsiblemente faltas de ritmo, eran el preludio a la conferencia plenaria de inauguración de Ada Yonath, investigadora israelí ganadora del Premio Nobel de Química de 2009 por sus estudios sobre la estructura del ribosoma. Cabe decir que la charla ha sido como una montaña rusa: una introducción innecesariamente simple y tediosa y un final con aderezos decepcionantes han flanqueado un grueso amasijo de información muy ilustrativo e interesante. El avance en el conocimiento de la asombrosa estructura del ribosoma aporta una perspectiva más precisa sobre el funcionamiento de los seres vivos. Por otra parte, el tema del origen y la evolución de esta compleja máquina biológica es sumamente interesante y probablemente lo retomaremos en entradas posteriores.

La demostración del papel catalítico del RNA ribosómico constituye el ejemplo más paradigmático de que las proteínas no poseen el monopolio de la catálisis celular y lanza pistas sugerentes sobre la evolución bioquímica primitiva. Sin querer entrar en detalles excesivos (al menos en este comentario introductorio del congreso), hemos pensado en conseguir algún material que represente visualmente la relevante aportación de Ada a la biología básica. En nuestro esfuerzo, hemos acudido esperanzados a preguntarle a la conferenciante sobre un vídeo que había mostrado en su intervención. Con un rictus demoledor, nos ha espetado un compacto “está en Youtube” antes de darse la vuelta sin mediar más palabra y alejarse cabizbaja de la zona de reunión. De ese modo, además de la sorprendentemente reducida interacción con ella, conseguimos triunfantes un vídeo muy ilustrativo de su presentación que os mostramos a continuación.

 

Otro encuentro a destacar durante el aperitivo ha sido con una asistente que se registró a última hora para sorpresa de los asistentes. Se trata de Felisa Wolfe-Simon, la cabeza destacada de los ya famosos estudios de seres vivos con componentes aparentemente basados en arsénico, que ya comentamos aquí y que tanto ha dado que hablar con posterioridad (véanse por ejemplo los comentarios de Juli Peretó, Carl Zimmer y Steve Benner). Aun sin llegar a hablar con ella, sí pudimos ver que hace gala de una gran vitalidad que le puede venir muy bien en una época tan complicada tras el ya reconocido fiasco del arsénico.

En resumen, hoy hemos disfrutado de un aperitivo para nutrir la ilusión de formar parte de un evento como éste, que aúna en una misma gran sala a científicos de la talla de Gerald Joyce, James Kasting, John Sutherland y Antonio Lazcano, cuyas intervenciones esperamos con la impaciencia de un niño al que llevan a un parque de atracciones. Eso sí: aunque podemos prever algunos éxitos cantados, esperamos que los ponentes no se queden en la superficie de sus respectivos temas y que el debate tras las charlas no sea demasiado tímido. La valentía de los participantes puede hacer que este congreso sea realmente memorable.

Montpelier, por su parte, ha resultado ser una ciudad atractiva y llena de rincones muy agradables. La brisa matutina nos ha acompañado en el paseo por su casco histórico, en el que nos ha faltado visitar uno de los jardines botánicos más antiguos de Europa. También nos ha encantado encontrar en la Place de la Comédie una asamblea de Indignados apoyando la demanda de una democracia real aunque, por supuesto, no les hemos entendido un pijo.

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Cuando el río suena a veces se desborda.

2 diciembre, 2010 1 comentario

Parece que estamos en la época de las filtraciones y al periódico más serio de Albión le ha faltado tiempo para construir un Star Gate. No sabemos lo que escucharemos mañana o leeremos el viernes pero sería histórico que nuestro amigo desacoplador de la glicólisis nos diese alguna sorpresa que permitiese un gran impulso al campo de la química prebiótica. Sin  querer aguar la fiesta, en una época en que la NASA debe justificar más que nunca su propia existencia y teniendo en cuenta los precedentes, debemos mostrar cautela al ilusionarnos con el posible hallazgo.

La aproximación umpolung de la transaminación

22 noviembre, 2010 7 comentarios

El principio de Curie establece que la asimetría de los efectos debe estar presente en la causas, es decir, de una causa simétrica no pueden generarse efectos asimétricos. La asimetría de la causa, por el contrario, no lleva necesariamente a un efecto asimétrico pudiéndose obtener efectos más simétricos que las causas. Como puede verse, de acuerdo con esta intuición, al igual que los griegos pensaban de los números pares, la simetría es poco fecunda al no poder más que engendrar simetría.  Este galimatías de simetría puede ejemplificarse perfectamente en las reacciones de síntesis orgánica en las que intervienen elementos de quiralidad. La aplicación del principio de Curie resultaría de explicar las posibles desviaciones de los productos del racemato (composición equimolecular de ambos enantiómeros) por la intervención de reactivos o entornos quirales que generasen estados de transición de diferente energía desviando la reacción  a uno de los enantiómeros.

 

Uno de los ejemplos más apabullantes de mantenimiento de la asimetría lo encontramos en la homoquiralidad de toda la vida conocida. Los seres vivos que pueblan la tierra utilizan en la construcción de sus biopolímeros sólo uno de los enantiómeros posibles de las unidades químicas que los componen. Esta selectividad genera catalizadores quirales que se imponen a los mecanismos de reacción generalmente simétricos para obtener los monómeros asimétricos.  La homoquiralidad es un argumento a favor de la ancestralidad común de nuestro bioclado y su fortaleza quedará explícita cuando logremos detallar la ruptura espontánea  de la quiralidad que parece presentar la vida.

 

La síntesis de aminoácidos nos puede servir como ejemplo de ruptura de la quiralidad promovida por un catalizador asimétrico en los sistemas vivos. Para ello, repasaremos previamente la reacción de síntesis abiótica de aminoácidos de Strecker. Si queremos sintetizar un aminoácido sencillo como la serina de acuerdo con este mecanismo, debemos partir de su aldehído correspondiente, el glicoaldehído, cuya imina será objeto de una adición nucleofílica de cianuro para obtener un a-aminonitrilo que posteriormente sufrirá hidrólisis resultando en el a- aminoácido.  La síntesis requiere de medio ácido que es proporcionado por uno de los reactivos, el ácido cianhídrico, a su vez, la fuente del nucleófilo (cianuro) que se adiciona al carbonilo. Como detalla la Figura 1, primeramente se forma, en medio ácido, la imina del aldehído, que luego sufre la adición del cianuro.

Figura 1: Mecanismo de reacción de la síntesis de Strecker. Se muestra la formación de la imina y la posterior obtención del nitrilo. (Tomado de http://www.organic-chemistry.org/)

El carbonilo del producto inicial de la reacción presenta un tipo de proquiralidad  conocido como proquiralidad facial, puesto que se genera un carbono quiral por el cambio de hibridación sp2 a sp3 durante la adición. La proquiralidad se conserva en la imina y  la adición puede ser por una de las dos facies o caras –re o si- (Figura 2) dando, si no se presentan asimetrías, una mezcla racémica de los productos. Es en este momento de la reacción en el que se establece la isomería final de los productos puesto que la consecutiva hidrólisis del nitrilo (Figura 3) no produce ningún cambio en la configuración del carbono quiral.

 

Figura 2: Proquiralidad del carbonilo, se indican las caras re y si. (Tomado de http://www.wikipedia.org/)

 

Figura 3: Mecanismo de reacción de la síntesis de Strecker: Se muestra la hidrólisis del nitrilo para obtener el aminoácido. (Tomado de http://www.organic-chemistry.org/)

El mecanismo de biosíntesis de aminoácidos procede de un modo distinto.  Una vez incorporado el amonio como glutamato y glutamina, la transaminación de a-cetoácidos es la etapa que determina la quiralidad de los aminoácidos. En el caso de la serina, la ruta de síntesis habitual (Figura 4) parte del 3-fosfoglicerato de la glicólisis para obtener por oxidación el a-ceto-β-hidroxiácido correspondiente. El 3-fosfohidroxipiruvato será el que se transamine para dar fosfoserina que tras hidrolizarla se obtendrá serina.

Figura 4: Rutas de obtención de serina. (Tomado de (http://www.genome.jp/kegg/kegg2.html/)

 

La reacción bioquímica de transaminación transcurre de un modo radicalmente distinto al del mecanismo de Strecker al invertir la polaridad del grupo carbonilo. Este tipo de reacciones conocidas como umpolung permiten incrementar la versatilidad química del grupo y poder llevar a cabo reacciones de adición electrófila al mismo. La transaminación acontece en el centro activo de unas proteínas conocidas como transaminasas que presentan como coenzima el fosfato de piridoxal (PLP). El PLP es una piridina tetrasustituida unida al enzima mediante una imina con el e-amino de una lisina del centro activo.  La transaminación ocurre en varias etapas siendo la primera de ellas la recepción del grupo amino del glutamato y la consecuente ruptura de la imina interna con el e-amino. A continuación, el grupo amino libre forma una imina con el a-cetoácido y se produce la pérdida de un protón para dar el intermediario quinoideo (Figura 5) (se asemeja una quinona) que presenta una forma resonante carbaniónica de gran contribución al híbrido de resonancia (podemos interpretar que la carga negativa se encuentra deslocalizada por el anillo, estabilizando el carbanión). En este punto, hemos invertido la naturaleza electrofílica del grupo carbonilo permitiendo la adición de un protón (electrófilo). La reacción termina con la regeneración de la imina interna con la lisina y liberación del aminoácido.

 

Figura 5: Mecanismo de formación del intermedio carbaniónico quinoideo (Tomado de Vederas et Floss, 1980).

Como hemos visto, la reacción de transaminación presenta diferencias sustanciales con la síntesis de Strecker, tanto en los productos de partida  e intermedios (aldehídos vs a-cetoácidos) como en la reactividad del  grupo carbonilo (adición nucleófila vs adición electrófila), sin embargo la diferencia de mayor relevancia biológica la encontramos en la estéreoespecificidad. De nuevo, la imina presenta proquiralidad facial, pero a diferencia que en el mecanismo de Strecker, sólo una de las caras es atacada. Las transaminaciones catalizadas por enzimas conservan la asimetría preservando la homoquirliadad de los polímeros biológicos. La conservación de dicha quiralidad, a diferencia del racemato producido en la síntesis de Strecker, requiere invocar el principio de Curie y dado que ambos mecanismos propuestos son simétricos la diferencia la deberemos buscar en el elemento quiral de la reacción: el enzima.  Quedarnos con esta respuesta seria muy ingenuo por lo que debemos indagar en la naturaleza íntima de la asimetría. Dentro de las explicaciones propuestas, el efecto de la matriz asimétrica, que es la proteína, en la conformación final del carbono proquiral es la más plausible. La estabilización por resonancia del intermedio carbaniónico exige la perpendicularidad del grupo entrante (o saliente) para la correcta interacción con el sistema p de la molécula (Figura 6). De acuerdo con esta restricción, la matriz proteica fija la conformación mediante interacciones del carboxilo cetoácido con una arginina conservada, exponiendo sólo la cara adecuada a la protonación (Figura 7).

Figura 6: Efecto estereoelectrónico en la orientación de los sustituyentes. Se observa como el enlace a formar o romper debe encontrarse perpendicular al anillo para lograr el máximo solapamiento con el sistema  (Tomado de Toney, 2004).

Figura 7: Fijación de la configuración del C por interacción del carboxilo con el enzima (E+). Se muestra como un cambio en la esteroquímica del carbono cambia el grupo reactivo perpendicular al sistema  (Dunathan,1966).

De este modo, el catalizador asimétrico mantiene la fecunda asimetría de los sistemas biológicos y cuya explicación final es uno de los grandes misterios de la química prebiótica de nuestro tiempo.

Referencias:

M. I. Ávalos. (2004) Symmetry breaking: an epistemological note. Tetrahedron: Asymmetry 15:3171-3175

H. C. Dunathan. (1966) Conformation and reaction specificity in pyridoxal phosphate enzymes. Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 55:712

A. Strecker. (1850) Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen Körper. Justus Liebigs Ann.Chem. 75:27-45

M. D. Toney. (2005) Reaction specificity in pyridoxal phosphate enzymes. Arch.Biochem.Biophys. 433:279-287

J. C. Vederas and H. G. Floss. (1980) Stereochemistry of pyridoxal phosphate catalyzed enzyme reactions. Acc.Chem.Res. 13:455-463

 

 

El origen de la vida como hecho sobrenatural

27 septiembre, 2010 42 comentarios

Los seres humanos siempre buscamos responder aquellas preguntas que en nuestra condición de pensantes consideramos de suprema importancia, preguntas tan profundas que siempre han tenido respuesta en todas las estructuras sociales humanas. Son preguntas constantes, evidentes, que se nos sugieren por el mero hecho de pensar, de existir, de ser humanos. El miedo a dejarlas sin respuesta, ha impulsado siempre a los colectivos humanos a acordar historias, mitos y religiones que tapicen ese gran vacío cósmico, que lo disimulen, de modo que en la inmensidad oscura del abismo el hombre no quede atrapado dando vueltas sin sentido como un insecto atraído por la luz. Las herramientas de las que dispone el hombre para verdaderamente iluminar ese vacío son su propia razón organizada de una modo sistemático y objetivo para alcanzar la verdad, sea cual sea. La ciencia permite, poco a poco rellenar ese vacío de un cemento mucho más sólido que el mimbre de los mitos y las religiones. Y así, no sin la reticencia de los caballeros de la fe, los caballeros de lo infinito han ido destejiendo el sudario de Penélope (inherentemente interminable), tendiendo puentes a la realidad, permitiéndonos domeñarla a nuestro antojo.

Sin embargo, todavía existen abismos que salvar abismos tan densos y maravillosos que producen vértigo incluso desde el más extenso conocimiento de la ciencia del momento. Cuando digo que no me parece extraño que ante el origen de la vida alguien se posicione a favor de la estéril consideración metafísica de una génesis divina, lo digo desde el conocimiento de la profundidad del abismo de la cuestión. Aunque la complejidad del problema pueden hacerla comprensible, la postura es intelectualmente poco deseable. La naturaleza no científica de esta posición es más que evidente pues bebe de la perniciosa causalidad sobrenatural que ab definitio no puede ser contemplada con los ojos de la razón sino con los de la fe. La voluntad exterior que se suele invocar para animar lo inanimado, para originar la vida, puede encontrarse vestida con el manto pesado de las religiones, o, en el otro extremo, puede ser el muro con el que un científico se encuentra tras dedicar su vida al esclarecimiento de la cuestión. Este último es el más peligroso pues la aceptación de esta posición intelectual conlleva detener la maquinaria de verdad que es la ciencia. Aceptar que el origen de la vida es un hecho sobrenatural nos limita como mucho a describir el momento del toque divino, nos lleva a considerar fútil cualquier intento de esclarecer el misterio con las herramientas de la razón y, por último, nos deja un nuevo vacío teogónico que tarde o temprano la religión se encargará de tapizar. No obstante, no nos lleva necesariamente a pensar que la vida terrestre se encuentra sola en el universo. Este refinamiento vendrá dado por las distintas posiciones antropocéntricas o no que ostenten los que se posicionan en la cómoda postura de un origen metafísico de la vida. El gran fecundador extranatural puede haber preñado de vida el universo o podemos ser el simple divertimento puntual en su eterno aburrimiento.

Dos genios por el precio de uno: Antonio Lazcano y Stanley Miller en la Universitat de València

Antonio Lazcano (izquierda) y Stanley L. Miller (derecha)

Cuando la genialidad se encuentra con una capacidad inusitada para llegar al accumbens de una audiencia heterogénea, se dan casos tan sorprendentes como el que tuvo lugar el pasado jueves a mediodía. Antonio Lazcano, catedrático del Origen de la Vida de la UNAM y anterior presidente de la prestigiosa sociedad de astrobiología y estudios sobre el origen de la vida ISSOL, impartió una conferencia sencillamente magnífica sobre los estudios de Stanley L. Miller acerca del origen abiótico de la materia orgánica en la Tierra primitiva. Fue una charla llena de anécdotas, de ingenio y de significado. Lazcano, con su característico estilo ameno y próximo, consiguió embelesar a un público que disfrutó enormemente la experiencia, a menudo a carcajada limpia. Para todos los interesados, entre los que probablemente destaquen los muchos compañeros que por una u otra razón no pudieron asistir, resumiré algunos de los puntos tocados, esperando no quedarme en lo superfluo a pesar de la síntesis.

Entre otras cosas, Lazcano quiso subrayar que Miller hizo muchísimo más que su tan famoso experimento clásico. Muchas repeticiones y variaciones, y una gran cantidad de resultados que fueron metódicamente anotados y caracterizados, aun sin ser todos ellos publicados. No entraré en detalles, ya que probablemente me quedaría en la punta del iceberg. Es interesante, aún así, comentar que el registro era tan detallado que las notas y los materiales almacenados pudieron servir años después a otros investigadores para retomar con precisión estos estudios.

Hubo tiempo también  para hablar de los últimos momentos de la vida de Miller, lo cual derivó en una conmovedora historia de amistad que finaliza con la publicación de su último artículo. Tras dos embolias, Stanley estaba débil y desganado, lo cual llevó a algunos de sus más cercanos compañeros a proponerle una última aventura intelectual. En los primeros trabajos de Miller, éste y Harold Urey emplearon una composición atmosférica reductora que ha sido posteriormente criticada, por lo que Lazcano, Jeff Bada (uno de los más exitosos estudiantes de Miller) y otros le propusieron a su maestro trabajar con una composición atmosférica neutra y comprobar cuáles eran los resultados. Así, tras 48 horas con un input de descargas eléctricas y de gases entre los que predominaban CO2 y N2, comprobaron que los productos eran fundamentalmente inorgánicos. Sin embargo, se dieron cuenta de que ello podía ser el resultado de trabajar con unas condiciones poco realistas, en las que se inhibían las rutas de síntesis química de aminoácidos, entre otras moléculas orgánicas. Dos factores más debían ser tenidos en cuenta: pH (debía ser aproximadamente neutro, y podría haber influido la presumible abundancia de CO32-) y presencia de antioxidantes (probablemente niveles significativos de Fe2+ –en los experimentos utilizaron ácido ascórbico–). En estas nuevas condiciones, sí aparecían niveles elevados (unos dos órdenes de magnitud mayores) de aminoácidos y otras moléculas orgánicas. En definitiva, un artículo muy interesante de donde pensaban que no podrían obtener resultados esclarecedores. Por desgracia, Stanley no llegó a verlo publicado. No obstante, sus amigos tenían la certeza de que la estimulación que le indujo la investigación fue un agradable apoyo en un momento terriblemente difícil.

Por otro lado, esta anécdota fue resaltada por Lazcano como uno de los más importantes mensajes a tener en cuenta, señalando especialmente a investigadores jóvenes: nunca están las cuestiones completamente resueltas y es posible retomar líneas experimentales olvidadas, obteniendo con ello nuevas conclusiones. Ilustró esta moraleja con una historia bíblica (aclarando que el trasfondo religioso era irrelevante), aquélla en la que dos ángeles fueron a evacuar a Lot y a su familia de Sodoma y les previnieron que no debían mirar atrás mientras la ciudad era destruida. La historia termina con la mujer de Lot convertida en una estatua de sal, por haberse dado la vuelta aun habiendo sido avisada. Lazcano resaltó entonces que ningún investigador o investigadora ha quedado nunca convertido en una estatua de sal por haber revisitado temas ya estudiados.

Antonio Lazcano durante su conferencia en el Parc Científic de la Universitat de València. A la izquierda se aprecia una imagen en la que se representa la huida de Sodoma de la familia de Lot, con su mujer convertida en una estatua de sal. Cortesía de Fernando González.

Con todo, fue una conferencia impresionante por tema y estilo. Es una suerte ser unos beneficiados colaterales de la buena relación del profesor Lazcano con sus amigos valencianos. Un científico superlativo y una persona cercana y risueña. Esperamos su vuelta con ganas.

Oparin y el origen de la vida

El origen de la vida es, sin duda, una cuestión que surge inevitablemente en cualquier mente inquieta y que ha sido tratada desde todos los ángulos por una multitud de religiosos, filósofos y científicos a lo largo de la historia. Hoy en día, si bien estamos más cerca de la respuesta, aún se mantiene inexpugnable.

Uno de los mayores hitos en el desarrollo del conocimiento en torno al origen de la vida fue el marcado por la obra de Aleksandr Oparin (1894-1980), un bioquímico soviético que eliminó los restos del vitalismo durante el segundo cuarto del S.XX, estableciendo que no existe ninguna diferencia fundamental entre materia interte y materia viva y que, por tanto, la segunda pudo formarse espontáneamente a partir de la primera. Publicó en 1936 un libro titulado El origen de la vida, que tuvo una gran influencia en posteriores aproximaciones a este campo. De hecho, sirvió de semilla conceptual para el famoso experimento que llevaron a cabo el ya Premio Nobel Harold Urey y su joven estudiante de doctorado, Stanley Miller, en 1952.

Hace cuatro años la Universitat de València publicó dos textos bajo el título conjunto de L’origen de la vida. El segundo de ellos, de sólo 15 páginas, surgió de la mano del gran John B. S. Haldane, y tal vez hablemos sobre él más adelante. El primero, unas 5 veces mayor, fue escrito en 1924 y recoge los principios básicos del origen de la vida según el bioquímico ruso. Está dividido en 5 secciones: (1) historia de la falsación de la generación espontánea como mecanismo formador de organismos complejos, (2) introducción y crítica a la teoría de la panspermia , (3) defensa de la no diferenciación entre materia viva y materia inerte, (4) historia de la Tierra y formación de moléculas orgánicas y (5) propuesta del origen de la vida en el océano primitivo. Y, todo en 71 páginas. El resultado es un impagable texto histórico que, si bien no acertó en todas sus proposiciones (especialmente en lo referente al origen y evolución de los coacervados), sí evidencia la gran cantidad de puertas que dejó abiertas para estudios posteriores. En el prólogo de este libro escribe Juli Peretó (quien ha sido recientemente secretario de la Sociedad Internacional para el Estudio del Origen de la Vida, asociación de la cual uno de sus fundadores fue precisamente Oparin):

Però el mèrit de les seues aportacions no es troba en els detalls – que al capdavall no poden defugir la variació en sintonia amb els nous coneixements científics – sinó en el fet d’haver configurat un programa d’investigació teòric i experimental sobre l’origen de la vida, definitivament allunyat de les especulacions metafísiques o religioses.

Por cierto, y ya que me he puesto con las citas, quiero añadir que me han gustado mucho las últimas frases del opúsculo de Oparin, muy seductoras en las palabras de la traductora Natalia Inness:

Tot un exèrcit de biòlegs estudia l’estructura i l’organització de la matèria viva, mentre que un nombre no inferior de físics i químics cada dia ens revela propietats noves de la matèria inerta. Com dos grups de treballadors que perforen els dos extrems oposats d’un túnel, persegueixen el mateix objectiu. El treball ha avançat ja un llarg trajecte i molt, molt aviat, sota l’atac del treball pacient i el poderós treball científic, cauran les últimes barreres entre allò viu i allò inert.

Esta doble naturaleza ya no es tal en la actualidad. Los enfoques actuales, si bien variados, son altamente interdisciplinares. Será, tal vez, que estamos más cerca del centro.

PS: Aún a riesgo de arruinar la buena imagen que pretendía dejar de Aleksandr Oparin, no quería cerrar la entrada sin recordar que, tristemente, nuestro autor acabó engrosando las tenebrosas filas del camarada Lysenko. Por mucho que nos pese.

Exóticos seres de silicio

14 abril, 2009 40 comentarios

“There is a famous book published about 1912 by Lawrence J. Henderson… in wich Henderson concludes that life necessarily must be based on carbon and water, and have its higher forms matabolizing free oxygen. I personally find this conclusion suspect, if only because Lawrence Henderson was made of carbon and water and metabolized free oxygen. Henderson had a vested interest.”

Carl Sagan (1973)

Hace una par de años leí “Odisea en Marte” de Stanley G. Weinbaum, un escritor del cual frecuentemente se ha dicho que sino hubiese muerto prematuramente en 1935, hoy le conoceríamos como uno de los grandes de la ciencia-ficción, a la altura de Asimov o Clarke. De aquel mítico relato recuerdo con cierto estremecimiento unos milenarios seres de silicio con forma piramidal que habitaban el rojo desierto marciano. Sin embargo, por aquel entonces, aquellas criaturas me decepcionaron bastante. El motivo fue la lectura de un ensayo del buen doctor titulado “Uno y el único”. En ese ensayo, Asimov hablaba del carbono y argumentaba convincentemente que una bioquímica basada en el silicio no era plausible. No obstante, recientemente he leído algunas hipótesis al respecto bastante distintas. Quiero presentároslas.

Generalmente, la posibilidad de una bioquímica basada en polímeros de silicio ha recibido poca atención científica seria, quedando relegada al terreno de la literatura de ciencia-ficción. Esto se debe en gran medida a la improbabilidad de una vida basada en el silicio bajo condiciones ambientales terrestres. Sin embargo, recientes investigaciones centradas en la posibilidad de vida en disolventes no polares y en ambientes criogénicos han demostrado que en estas condiciones los silanos pueden formar parte de una química versátil.

El silicio puede actuar con varias valencia (4, 5 y 6) y formar enlaces covalentes estables consigo mismo y con el carbono, germanio, nitrógeno, fósforo, azufre, halógenos y muchos metales. Los silanos son análogos de los alcanos, pero derivados del silicio. Consisten en cadenas de átomos de silicio unidos covalentemente a átomos de hidrógeno. Su fórmula general es SinH2n+2. Los silanos, al igual que los alcanos, pueden formar anillos, ser ramificados y presentar los mismos grupos funcionales. Además estos polímeros y sus derivados de bajo peso molecular pueden formar agregados macromoleculares flexibles: hojas, cadenas, tubos y otras formas similares a las bicapas lipídicas de la bioquímica del carbono. Sin embargo, los silanos no pueden formar sistemas pi-conjugados, por lo que no pueden formar compuestos aromáticos. No obstante, los polisilanos pueden formar sistemas sigma-conjugados con propiedades electrónicas similares. De hecho, al considerar alternativas bioquímicas al carbono, la clave está en buscar análogos funcionales más que estructurales. William Bains (2004) utilizó este principio para elaborar un posible proceso fotosintético basado en una bioquímica del silicio.

Las condiciones ambientales en las que este tipo de bioquímica podría ser una posibilidad realista, según Schulze-Makuch e Irwin (2006), son las siguientes: (1) una atmósfera reductora con sólo cantidades pequeñas de oxígeno para prevenir la oxidación de los silanos (el oxígeno los descompone porque el enlace Si-O es muy estable), (2) escasez de agua para prevenir su conversión en silicatos no reactivos, (3) temperaturas bastante inferiores al punto de congelación del agua para aumentar la estabilidad del enlace Si-Si, (4) un disolvente no-polar compatible, y (5) una disponibilidad limitada de carbono debido a su mayor versatilidad química que favorecería su selección como bloque constructivo básico. Esta última restricción está basada no sólo en la química bajo condiciones ambientales terrestres sino también en el material encontrado en cometas, meteoritos y detectado en nebulosas interestelares. Mientras que los polímeros de carbono son ubicuos los de silicio son escasos. No obstante, hay varios ambientes y procesos que posibilitarían la formación de silanos: (1) reacciones de serpentinización en ambientes criogénicos, (2) impactos meteoríticos en cuerpos planetarios helados, y (3) granos de hielo/silicato expuestos a la radiación UV y protones de 1 MeV en ambientes interestelares ricos en hidrógeno. De hecho, se han detectado posibles silanos en el disco protoestelar W33A.

Para terminar señalare que incluso dentro de la química terrestre dominada por el carbono, el silicio puede tener un papel biológico. Así, las silafinas son unos péptidos únicos, unas poliaminas de cadena larga que forman parte de la biosílice de las diatomeas, donde actúan como moldes para la precipitación de nanoesferas de sílice. También conviene mencionar las hipótesis de Cairns-Smith sobre el origen de la vida. Este autor sostiene que los compuestos de silicio podrían haber sido los primeros moldes de la vida basada en el carbono. Concretamente, ha sugerido que los primeros compuestos de carbono habrían adquirido su quiralidad de arcillas o silicatos que presentaban una determinada quiralidad estructural. De este modo, incluso en una bioquímica del carbono, el silicio podría haber tenido un papel significativo.

Las hipótesis altamente especulativas de este tipo resultan interesantes porque mueven a la reflexión sobre si la posible vida extraterrestre ha de ser necesariamente como la del único ejemplo que conocemos: vida basada en el carbono, bañada en agua e impulsada por fotosíntesis. Quién sabe si en otras regiones del cosmos habitan formas de vida siquiera más exóticas que las imaginadas por los científicos más heterodoxos o los escritores más fantasiosos de ciencia-ficción.

Bibliografía

Bains, W. (2004). Many chemistries could be used to build living systems. Astrobiology. 4: 137-167.

Schulze-Makuch, D. & Irwin, L.N. (2006). The prospect of alien life in exotic forms on other worlds, Naturwissenschaften. 93:155-172.