¿Puede existir la vida basada en el silicio?

Decían en la película de ciencia-ficción Star Trek que somos unidades de carbono. ¿Pero es posible que haya otro elemento químico capaz de sustituirlo? ¿Que sea el armazón de las moléculas de la vida?

 

Si hay un rey que gobierna sobre toda la vida en la Tierra es el carbono. Todos los organismos del planeta construyen todas y cada una de las partes de sus células con moléculas cuyo armazón es este átomo. Somos, como decía los alienígenas en la primera película de la serie Star Trek, 'unidades de carbono'. Ahora bien, ¿se puede construir vida sin él?

Como dice el astroquímico de la NASA Max Bernstein, no hay en toda la tabla periódica un elemento con una química más parecida a la suya que el silicio: “Está en el lugar correcto en la tabla periódica, justo debajo del carbono. Puede formar cuatro enlaces, como el carbono y moléculas tan parecidas que es posible que se pueda construir toda un química paralela”. Por desgracia, no todo el monte es orégano; el silicio también presenta sus inconvenientes. “No conocemos que la química entre el hidrógeno y el silicio sea estable como sucede con el carbono; así, mientras que los hidrocarburos son estables, los análogos de silicio no lo son. Y con el oxígeno pasa algo similar: mientras que los enlaces carbono-oxígeno se pueden hacer y deshacer, con el silicio son eternos. Esto limita fuertemente la capacidad del silicio para ser base de la vida, pero eso no quita que en la bioquímica pueda desempeñar un papel más importante que el que ahora tiene, que es prácticamente nulo”.

El misterio del silicio

Sea como fuere, hay un tema sobre el que aún no se tiene una respuesta clara: el papel del silicio en la aparición de la vida en la Tierra y por qué ésta ha evitado completamente su uso.

Si hay algo que caracteriza a la naturaleza viva es el empleo de prácticamente todo lo que tiene a su alcance: metales como el hierro, componente fundamental de la sangre, el magnesio en la clorofila o el raro molibdeno en procesos metabólicos. Por eso, lo que llama la atención es que le haya dado la espalda al silicio, un elemento abundante que posee tanto propiedades características de los metales como de los no-metales. Contra todo pronóstico este elemento solo aparece en algunos compuestos bioinorgánicos, como las conchas de silicio de las algas diatomeas. Nunca ha encontrado un hueco en la química del carbono.

Ahora bien, hay algunos científicos piensan que el silicio ha desempeñado un papel oscuro y poco conocido y es quien está detrás de uno de los enigmas más peculiares de la química de la vida: la quiralidad de moléculas como los carbohidratos o los aminoácidos.

La extraña la quiralidad

La quiralidad es una propiedad geométrica que tienen algunas moléculas y viene a decir que no se pueden superponer con su imagen especular. El ejemplo clásico son nuestras manos: es imposible superponer la izquierda con su imagen reflejada en un espejo, que es la derecha. En el caso de los compuestos de la vida encontramos que carbohidratos y aminoácidos presentan esta peculiar propiedad. Y aquí aparece el enigma: los primeros son de mano derecha mientras que los segundos son zurdos. ¿Por qué es así si cuando se producen de manera espontánea aparece la misma cantidad de ambas manos? No hay una respuesta válida a este misterio pero es aquí donde nuestro silicio tenga algo que decir.

Una de las hipótesis mas llamativas de cómo pudo aparecer la primera molécula autorreproductora la propuso el químico británico Alexander Graham Cairns-Smith en 1985. Según él, la famosa sopa primordial donde se cocinó el origen de la vida en nuestro planeta necesitó de un puchero en forma de cristales de arcilla. La idea es que, antes de cualquier primitivo ADN o ARN, pudieron haber existido otros sistemas que almacenasen y copiaran la información genética. Para Cairns-Smith estos sistemas fueron microcristales de arcilla, cuya unidad de construcción básica son los silicatos. Entre sus propiedades más importantes se encuentra que poseen una gran reactividad; de hecho, los agricultores saben que es bueno que haya arcilla en los campos de cultivo pues favorece reacciones químicas que benefician a las plantas. Cairns-Smith  propuso que las moléculas orgánicas vivían pegadas a las arcillas, que actuaban como catalizadores de sus reacciones, hasta que un día se produjo un "relevo genético": en aquellas primitivas moléculas apareció la capacidad de replicarse y evolucionar por su cuenta. Si realmente sucedió así -y eso es algo que está por demostrar- el silicio de las arcillas podría explicar la existencia de esa quiralidad de las moléculas orgánicas: bastó una ligera desviación en la posición de este átomo en el compuesto para definir la preferencia por un tipo de orientación en aminoácidos y carbohidratos.

Evidentemente se trata de una idea altamente especulativa, pero no más que la de aquellos científicos que creen posible una vida de silicio. Lo cierto es que todo apunta a que es, cuando menos, improbable. La prueba la tenemos en nuestro propio planeta: aunque el silicio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (representa el 28% frente al 0,03% para el carbono) está completamente ausente de la química de la vida. Si fuera posible la vida en silicio, solamente por la abundancia de este elemento habría aparecido aquí. Tampoco se han encontrado pruebas observacionales que sugieran la existencia de una biología basada en el silicio, o tan solo de productos prebióticos de silicio. Nada en meteoritos, cometas, medio interestelar, atmósferas de los planetas gigantes... en todos ellos se han encontrado óxidos de silicio pero no sustancias como silanos o siliconas, que podrían ser los precursores de una bioquímica de silicio.

Los problemas del silicio

El atractivo del silicio como alternativa al carbono se encuentra en que, por su posición en la tabla periódica, gran parte de su química básica es similar. Por ejemplo, el carbono se combina con cuatro átomos de hidrógeno para formar metano, CH4, y el silicio produce silano, SiH4, los silicatos son análogos de carbonatos, ambos elementos forman largas cadenas, o polímeros, en los que se alternan con el oxígeno. Pero el problema fundamental del silicio es la poderosa afinidad que tiene por el oxígeno. Cuando respiramos, el carbono se oxida creando dióxido de carbono, que es un gas y resulta fácil de eliminar del cuerpo. Sin embargo, con el silicio lo que se produce es dióxido de silicio o sílice, arena, un sólido, a todas luces un compuesto muy complicado de eliminar.

Otro de los inconvenientes del silicio es que carece de la  necesaria versatilidad química a la hora de formar las moléculas que requiere el metabolismo de un ser vivo. Sí puede construir cadenas largas pero la capacidad del silicio para unirse a átomos como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y metales como el hierro, magnesio y zinc es sensiblemente inferior a la del carbono. Es más, cuando interacciona con otros átomos, el silicio crea moléculas que el químico Norman Pace de la Universidad de Colorado define como “monótonas comparadas con las del universo de las macromoléculas orgánicas”. La razón se encuentra en el propio átomo de silicio, que es mucho más grande que el carbono -tiene una mayor masa y radio atómico-, lo que hace que sea complicado formar dobles enlaces, algo fundamental en gran cantidad de moléculas orgánicas, como cetonas, ésteres, ácidos carboxílicos... Por otro lado los silanos, que serían los compuestos de silicio e hidrógeno análogos a los alcanos del carbono, son muy reactivos con el agua y cuando forman largas cadenas se descomponen espontáneamente. Todo son inconvenientes.

La mayoría de los científicos comparten lo que el astrónomo y apasionado de la vida extraterrestre Carl Sagan llamó “chovinismo del carbono”: la vida pide este elemento químico y ningún otro. Claro que a esto algunos le responden diciendo que ese chovinismo es, en realidad, el humo que ciega nuestros ojos.

Referencias:

Delsemme, A. (1998) Our cosmic origins, Cambridge University Press

Dick, S. J. (1996) The biological universe, Cambridge University Press

Goldsmith, D. y Owen, T. (1993) The search for life in the universe, Addison-Wesley

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Astrofísico y doctor en física teórica. Miembro del Comité Editorial de Muy Interesante, es autor de catorce libros, más de 300 artículos y creador de una treintena de proyectos de divulgación científica. Es colaborador habitual en prensa, radio y televisión, y consultor para exposiciones temporales y museos.

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