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¿Otra vida (alienígena) es posible? 3: Seres sin agua

Una de las maneras más frecuentes de imaginar otros seres vivos radicalmente diferentes a los terrestres es sustituir el agua por otro líquido que supla sus funciones. Dado que absolutamente toda la vida en la Tierra depende del agua como solvente universal, medio de las reacciones químicas e ingrediente del metabolismo, una criatura que empleara otro líquido alternativo demostraría que puede existir vida “tal como no la conocemos”. Es difícil imaginar de forma científicamente realista nada más alejado de nuestro concepto de vida que un ser capaz de reemplazar el agua por otra sustancia.

Pero ¿es posible? El resumen es este: parece generalmente aceptado que, en las condiciones que solemos entender como habitables, las rarísimas propiedades del agua –que ahora veremos– la convierten en una sustancia insustituible; cualquier otra opción, como decíamos en el caso del silicio frente al carbono, supondría aceptar que la naturaleza es lo suficientemente caprichosa para elegir una opción peor existiendo una mejor, y no es así como funciona. Sin embargo, otros líquidos podrían tal vez servir en condiciones extremas muy distintas de las terrestres. Aunque otra cuestión mucho más dudosa es si podrían sostener formas de vida más compleja que una célula simple.

Ilustración artística de la superficie de Titán. Imagen de Kevin Gill / Wikipedia.

Ilustración artística de la superficie de Titán. Imagen de Kevin Gill / Wikipedia.

Comencemos por el agua: estamos tan acostumbrados a ella que nada de lo que hace nos parece raro. Y sin embargo, si uno cogiera la tabla periódica y tratara de predecir las propiedades del agua a partir de las de sus átomos, se equivocaría por completo. De hecho, el comportamiento del agua es tan extraño que los investigadores aún tratan de comprender por qué actúa de manera tan distinta a lo que se esperaría de su composición química.

Quizá lo más llamativo respecto al agua es que la vida en la Tierra no existiría de no ser por una rarísima propiedad que vemos a diario y a la que no damos ninguna importancia: que el hielo flote. En la naturaleza, todas las sustancias se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse. También el agua; si comenzamos a enfriar agua caliente, observaremos que se contrae. Pero al llegar a los 4 ºC ocurre algo insólito: de repente, empieza a dilatarse, como sabe todo el que alguna vez ha olvidado una botella llena en el congelador. Al congelarse, aumenta de volumen y por tanto se reduce su densidad, motivo por el cual el hielo flota.

Pero ¿qué sucedería si no fuera así? Si, como ocurre con el resto de sustancias, el hielo se hundiera, se formaría más hielo en la superficie que también caería hacia las profundidades. A su vez, el hielo del fondo iría creciendo, hasta que finalmente los océanos quedarían convertidos en un bloque sólido. Ni siquiera el calor de la superficie bastaría para mantener una suficiente provisión de agua líquida en el planeta. No se trata solo de la necesidad de agua para beber: los océanos mantienen el planeta habitable gracias a su inercia térmica, las corrientes que moderan el clima, el efecto invernadero que depende de la propia vida y de los ciclos geológicos sustentados por los mares… Sin todo esto, la Tierra hoy sería un planeta deshabitado, o poblado como mucho por algunos microorganismos simples.

No es la única de las propiedades raras del agua: si el H2O siguiera la pauta normal de compuestos similares con los demás elementos que acompañan al oxígeno en su grupo de la tabla periódica, azufre (H2S), selenio (H2Se) y teluro (H2Te), el agua debería hervir a unos 80 ºC bajo cero y congelarse a -100 ºC. Pero a estas temperaturas serían imposibles, o como mínimo extremadamente lentas, todas las reacciones químicas de las que dependen los procesos metabólicos.

Por suerte para nosotros, no es así. A la presión atmosférica terrestre, el agua se mantiene en estado líquido entre los 0 y los 100 ºC, una franja de temperaturas que no solo es anormalmente ancha, sino que está completamente desplazada respecto a lo que se esperaría de su composición química. Y gracias a ello existe la vida terrestre. Es más, las propiedades anormales del agua solo se manifiestan precisamente en la banda de temperaturas que permiten la única vida que conocemos, lo que no invita precisamente a pensar que este líquido sea solo una de las muchas opciones posibles.

Pero aunque en las condiciones que llamamos habitables no existe otra sustancia líquida que iguale las ventajas del agua, los científicos han especulado con posibles sustitutos en entornos mucho más extremos, en los que la vida basada en el agua sería imposible. El amoniaco (NH3), los hidrocarburos como el metano (CH4), el fluoruro de hidrógeno (HF), el sulfuro de hidrógeno (H2S) o el ácido sulfúrico (H2SO4) son, entre otros, algunos de los compuestos que se han propuesto como posibles alternativas en condiciones muy diferentes a las terrestres.

De entre estas posibilidades, hay una de especial interés. Mientras que en los demás casos se trata de puras especulaciones teóricas que nunca van a poder comprobarse, dado que no se aplican a los mundos a nuestro alcance, para los hidrocarburos simples como el metano y el etano existe un experimento natural relativamente cercano en el que estudiar si puede haber surgido una bioquímica alternativa: Titán.

Ilustración artística de la superficie de Titán. Imagen de NASA / JPL.

Ilustración artística de la superficie de Titán. Imagen de NASA / JPL.

Esta luna de Saturno no solo posee una atmósfera densa y abundancia de materia orgánica, sino que también es el único mundo del Sistema Solar, además de la Tierra, con líquido en su superficie. A las temperaturas gélidas de Titán, el metano y el etano se mantienen en forma líquida, llenando lagos y mares. Bajo la superficie se cree que pueden existir agua y amonio en forma líquida a altas presiones.

Las condiciones de Titán podrían ser propicias para la existencia de bacterias metanógenas independientes del oxígeno y el agua. Así, si la naturaleza pudiera crear vida basada en una bioquímica muy diferente de la terrestre, Titán debería confirmarlo. Por el contrario y si Titán no fuera más que una sopa yerma de nutrientes, o bien sus microbios fueran como los metanógenos terrestres, que emplean oxígeno en forma de CO2 y producen agua, la posibilidad de una bioquímica no acuática no quedaría descartada, pero sí perdería mucha de su credibilidad.

Vale la pena mencionar que una biología basada en los hidrocarburos como solventes es algo mucho más complicado de lo que podría parecer a simple vista. Como con los cubitos de hielo, hay otro fenómeno cotidiano al que no damos importancia, pero que también es esencial para la vida terrestre: la separación del agua y el aceite. Gracias a esta propiedad química pueden existir las células, ya que el agua interior y el agua exterior quedan separadas por una barrera de aceite, la membrana celular.

Pero los hidrocarburos son aceite, así que en este caso debería darse la situación inversa. En un mundo aceitoso en lugar de acuoso, las células deberían poseer una membrana formada por alguna sustancia soluble en agua, pero con la suficiente consistencia como para mantener una barrera estable. Se han aportado modelos teóricos de esto, por ejemplo, basados en un compuesto orgánico polar (soluble en agua) llamado acrilonitrilo que, de hecho, existe en Titán.

Incluso en el caso de Titán, se asume que el carbono sería el bloque fundamental de los seres vivos. Como expliqué ayer, la sustitución de este elemento por otro diferente para construir vida exótica es algo que plantea muy serias objeciones. Algunos científicos como Carl Sagan han concedido la posibilidad de la vida no basada en el agua, pero en cambio han sido mucho más escépticos a la hora de considerar un sustituto para el carbono.

Y dado que las condiciones ambientales ideales para la bioquímica del carbono coinciden con las de la bioquímica del agua, esto nos lleva a una conclusión. En estas condiciones, no hay un reemplazo adecuado para el agua. Y aunque la bioquímica del carbono podría tal vez seguir un camino hipotético con solventes distintos al agua en condiciones extremas, se trata una vez más de un sendero tan tortuoso que difícilmente podría engendrar nada más sofisticado que células simples, sin la organización en estructuras diferenciadas que permite la evolución de vida compleja. Si algo sabemos con seguridad, es que en la superficie de Titán no se aprecia vida macroscópica; no hay vegetación.

No es que la posibilidad de microbios con una bioquímica alternativa carezca de interés; para la biología sería el hallazgo más importante de la historia. Puede merecer la pena buscar vida bacteriana en un lugar de nuestro entorno como Titán; por cierto, el único mundo del Sistema Solar exterior en el que se ha posado una sonda de fabricación humana. Pero en exoplanetas a años luz de distancia que jamás podremos visitar, nunca sabremos con certeza si existen microorganismos exóticos.

Por lo tanto y para el caso de los exoplanetas, restringir la calificación de “habitables” a los muy semejantes a la Tierra no es terracentrismo, sino lo único científicamente sensato. Solo en estos podría encontrarse eso de cuya existencia está convencida una gran parte de la población, los aliens. Que, si realmente existieran, muy probablemente serían bioquímicamente similares a nosotros, al menos en lo básico. Todo lo demás, pensar que puedan existir organismos superiores en unas condiciones ambientales radicalmente distintas a las terrestres, vida inteligente “tal como no la conocemos”, es solo fantasía para la ficción. O pseudociencia para la realidad.

¿Otra vida (alienígena) es posible? 2: La bioquímica alternativa

Según lo que expliqué ayer, cuando se dice que la vida alienígena podría ser muy diferente a la que conocemos aquí en la Tierra, sería conveniente matizar lo que esto no quiere decir: no quiere decir que cualquier cosa sea posible. Si la física es universal, la química es universal, y la biología deriva directamente de la física y la química, ¿bajo qué piedra lleva siglos escondida la presunta prueba de que, en cambio, la biología va por barrios?

Que nadie se adelante a señalar las extremas diferencias entre los organismos que pueblan los distintos barrios terrestres. Porque si algo nos enseñan las únicas pruebas de las que disponemos hasta ahora, las de nuestro propio planeta (que sepamos, el único habitado del universo), es precisamente que la biología tiende a una sorprendente uniformidad, incluso entre entornos tan radicalmente diversos como una selva amazónica y un desierto, o los hielos polares y los infiernos volcánicos.

Una forma de vida basada en el silicio en la serie Star Trek. Imagen de Paramount Television.

Una forma de vida basada en el silicio en la serie Star Trek. Imagen de Paramount Television.

Comencemos por recordar una vez más (que nunca sobra) que en este planeta tan extremadamente habitable, como demuestra el hecho de que está extremadamente habitado, la vida solo ha surgido una única vez –que sepamos– en más de 5.000 millones de años. Así que todos los seres terrícolas somos descendientes de un mismo ancestro, lo que en biología suele conocerse como LUCA (siglas de Last Universal Common Ancestor, o último ancestro universal común), un bicho unicelular que vivió probablemente hace algo menos de 4.500 millones de años.

La aparición de la vida una única vez, y la descendencia de todos los organismos terrestres de un tal LUCA, ya sugieren la idea de que la biología tiene ciertos raíles. Pero si observamos lo que la Tierra ha hecho de ella, descubrimos que existen claros patrones comunes conservados durante miles de millones de años. Todo el mundo ha escuchado alguna vez la enorme similitud genética entre, por ejemplo, los humanos y los chimpancés. Pero quizá no todo el mundo sabe que compartimos en torno a un 60% de nuestros genes con organismos tan distintos a nosotros como una mosca de la fruta o una platanera.

Es más, si nos vamos a organismos tan alejados entre sí como los humanos y las bacterias, descubrimos que también somos, en realidad, sorprendentemente parecidos. Un estudio de 2012 analizó las semejanzas de secuencias entre nuestras proteínas y las de 975 especies de bacterias. Comparar los proteomas (el catálogo de proteínas de una especie) en lugar de los genomas facilita la apreciación del grado de similitud entre especies tan distintas, ya que el genoma se organiza de distinta manera en procariotas (bacterias) y eucariotas (nosotros). Dado que las proteínas son el resultado directo del genoma y las moléculas que construyen tanto las estructuras como las funciones de los organismos, comparar las proteínas permite quitarse de encima esas diferencias de organización genómica que no afectan al producto final.

El estudio descubrió que, en general, menos de un 7% de los fragmentos proteicos de las bacterias no están presentes en el proteoma humano. O dicho al revés y más claro, que si se dividen las proteínas en trocitos cortos (de cuyas secuencias dependen sus funciones), más del 93% de este total de bloques proteicos de las bacterias también aparecen en las proteínas humanas.

Curiosamente, una bacteria tan distinta de nosotros como Thermus thermophilus, un bicho unicelular que crece alegremente en aguas termales a 65 ºC, tiene solo un 3,71% de sus fragmentos proteicos que no están presentes en el proteoma humano. Aunque el enfoque de este estudio no era el evolutivo, sino que se centraba en estudiar la relación entre las semejanzas proteómicas y la capacidad de una bacteria para provocar enfermedades y estimular el sistema inmune, los resultados revelan que somos más parecidos de lo que cabría pensar. Y por supuesto, en realidad ya lo sabíamos incluso sin estudios tan detallados: las bacterias y nosotros tenemos los mismos tipos de moléculas y el mismo funcionamiento molecular básico en nuestras células.

Ahora la pregunta es: ¿cómo de diferentes podrían ser estas moléculas y este funcionamiento molecular básico en otros seres que no desciendan de nuestro LUCA, surgidos en otros planetas con condiciones ambientales muy diversas? Es decir, ¿podrían existir otras bioquímicas alternativas a la terrestre?

La única respuesta cierta es que no lo sabemos. Pero se ha especulado mucho sobre ello. Y entre todas estas especulaciones destaca una sobre las demás: la bioquímica del silicio.

Al silicio se llega por el camino del razonamiento. La bioquímica es un Meccano (no el grupo, el juego de construcción hoy ya muy en desuso) basado en un tipo de pieza central capaz de unirse a la vez a otras cuatro, que pueden ser de diferentes clases, para formar polímeros (cadenas ramificadas de muchos). Estos enlaces deben ser fuertes y estables, pero al mismo tiempo lo suficientemente fáciles de romper, de modo que puedan almacenar energía y liberarla al romperse.

Lo anterior es un esquema básico imprescindible para la vida que difícilmente nadie se atrevería a cuestionar. Sea como sea cualquier forma de vida en el universo, por muy radicalmente diferente a nosotros, para ser una forma de vida deberá cumplir este principio universal. Como expliqué ayer, los seres chorreantes de energía pura o las piedras pensantes son fantasías interesantes para la ficción, pero fuera de las páginas de una novela o del marco de una pantalla caerían en el pozo de las pseudociencias.

En la Tierra, esta pieza básica central del Meccano bioquímico es el carbono, un elemento que cumple a la perfección el perfil ideal. Pero en principio podría haber otras opciones. Eso sí, debemos tener en cuenta que son limitadas: la química es universal; la tabla periódica es la lista de ingredientes del universo, y no hay más. No existe otra química. Por lo tanto, para buscar un sustituto hay que encontrarlo en esa tabla.

Lo más parecido que existe al carbono sin ser el carbono es el silicio. Es por ello que ha sido tradicionalmente el favorito de la ciencia ficción, y a su vez es por esto que muchas personas piensan que realmente el silicio podría ser una buena alternativa al carbono para la vida alienígena “tal como no la conocemos”, radicalmente distinta a la terrestre. Y dado que en apariencia el silicio podría ser ventajoso en condiciones de calor extremo, en realidad nuestro concepto de lo que es un planeta habitable, con sus temperaturas moderadas, es solo una basura terracentrista…

Condiciones extremas para la vida en la Tierra: fuentes termales en el Parque Nacional de Yellowstone (EEUU). Imagen de Jim Peaco, National Park Service / Wikipedia.

Condiciones extremas para la vida en la Tierra: fuentes termales en el Parque Nacional de Yellowstone (EEUU). Imagen de Jim Peaco, National Park Service / Wikipedia.

Pero ¿es así? Cuando se analizan las propiedades del átomo de silicio y sus posibilidades de combinación, se descubre que tanto los enlaces que forma entre sí como con otros elementos son notablemente menos estables y robustos que los del carbono, lo que se debe a la configuración de los orbitales de electrones externos, responsables de la formación de dichos enlaces. El átomo de carbono está completo y estable compartiendo sus cuatro electrones externos, mientras que el de silicio no. Es más, las cadenas de silicio son inestables en agua. Es más, el silicio no forma fácilmente los enlaces dobles y triples con otro mismo átomo que son fundamentales en la bioquímica terrestre.

Es más, y por último, toda bioquímica se basa en una transferencia en cadena de la energía que da lugar a residuos, subproductos oxidados cuya energía se ha transferido a otras moléculas para construir partes de los organismos o desempeñar sus funciones. Dada la abundancia del oxígeno en el universo, estas reacciones se producen mediante la unión de los residuos a este elemento: los productos finales básicos de la quema de energía en los seres terrestres son dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Se da la maravillosa circunstancia de que el CO2 es un gas en un rango amplísimo de condiciones ambientales, por lo que lo eliminamos fácilmente del organismo.

¿Qué ocurre con el silicio? Resulta que el SiO2, el equivalente del CO2, tiene para nosotros un nombre: cuarzo. Es sólido. Arena. Una piedra. Resulta muy difícil imaginar cómo un organismo podría manejarse produciendo constantemente residuos de cuarzo de los que tiene que deshacerse.

En resumen, elegir el silicio como alternativa al carbono es como dar el empleo al segundo mejor candidato. Y la naturaleza no entiende de enchufes. Hay un dato que quizá desconozcan muchos de quienes hablan de la vida basada en el silicio sin profundizar en los datos. Y es que si la naturaleza terrestre hubiera encontrado que el silicio era una verdadera alternativa al carbono, lo habría elegido en lugar de este, por una sencilla razón: en la Tierra, el silicio es unas 220 veces más abundante que el carbono. Y a pesar de ello, la vida escogió a este.

Lo cual no implica que el silicio sea irrelevante, ni muchísimo menos. Como uno de los elementos más abundantes en la Tierra y su corteza, es el soporte de gran parte de la geología terrestre, y a través de sus ciclos se regulan factores tan esenciales como el clima y, por tanto, la habitabilidad de este planeta. Sería difícil imaginar la vida sin el silicio, pero el silicio no forma parte de la vida. Y aunque no pueda descartarse al cien por cien que en otros planetas de condiciones extremas pudiera existir algo parecido a vida rudimentaria basada en el silicio (incluso en el laboratorio se ha experimentado con esto), sostener en las propiedades del silicio la organización de la vida compleja, llegando hasta la vida inteligente, es algo que hasta ahora nadie ha podido fundamentar teóricamente.

Y dado que la vida compleja basada en el carbono, el elemento ideal para la bioquímica, requiere una franja concreta de condiciones ambientales que es a grandes rasgos la que existe en la Tierra, la hipótesis más probable, la que no necesita olvidarse de todo lo que conoce la ciencia actual, es que hablar de planetas habitables basándonos en el nuestro como modelo no es terracentrismo: un planeta habitable para la vida tal como la conocemos es probablemente un planeta habitable, punto. Y como ya he contado aquí, en los últimos años se ha descubierto que los planetas realmente habitables parecen ser muy raros.

Hay un último rincón que merece la pena explorar en esto de las “otras vidas” diferentes a la terrestre, y es el del agua como solvente universal y medio de las reacciones bioquímicas, y como ingrediente esencial de los procesos metabólicos. ¿Podrían existir formas de “vida tal como no la conocemos” basadas en otra cosa que sirva como alternativa al agua? Mañana seguimos.