¿Por qué no es probable una vida basada en el silicio?

¿POR QUÉ NO ES PROBABLE UNA VIDA BASADA EN EL SILICIO? Pedro Merino, Departamento de Química Orgánica, Universidad de Zaragoza, pmerino@unizar.es Cualquier forma de vida conocida hasta la fecha está basada en la química del carbono; de ahí, incluso, que a dicha rama de la Química se la denomine Química Orgánica, por su relación con los organismos vivos. Sin embargo, aunque no se conoce ningún tipo de forma de vida extraterrestre (al menos cuya existencia haya sido probada a través de métodos científicos más allá de cualquier duda razonable), cabe preguntarnos si sería posible, en el espacio exterior, encontrar formas de vida basadas en otros elementos y compuestos químicos diferentes de aquéllos en los que se basa la existente en nuestro planeta. ¿Las primeras respuestas a esta cuestión las encontramos en relatos fantásticos, algunos de los cuales han llegado a mediados del siglo pasado al cine y la televisión1. En todos ellos se han propuesto formas de vida diferentes, intentando sustituir los elementos más comunes de la nuestra por otros análogos, basándose en sus propiedades químicas. Planetas alejados podrían contener lagos de amoníaco líquido que hiciera las funciones del agua en la Tierra o mares de sulfuro de hidrógeno (mal llamado ácido sulfhídrico) donde naciera una vida utilizando el azufre en lugar del oxígeno. De todas estas formas de vida alternativas, propuestas por las mentes más imaginativas, intentando --justo es admitirlo-- argüir razones científicas, la que más adeptos ha encontrado siempre es aquélla en la que el átomo de carbono se remplaza por el de silicio. Puesto que se podría escribir mucho sobre las formas de vida alternativas, en este artículo me referiré únicael escéptico 82 mente a ésta última e intentaré exponer las razones por las que resultaría altamente improbable una vida basada en el silicio. elementos químicos que puedan conformar la materia conocida serán los mismos: estarán formados por las misma partículas subatómicas y se regirán por los mismos principios Antes de que se me acuse de huma- que conocemos en la Tierra. no egocéntrico incapaz de admitir algo diferente de lo ya conocido y No olvidemos que los seres vivos establecido y, por ende, de científico contienen en su mayor parte agua, es de mente estrecha, debo puntualizar decir, átomos de hidrógeno y de oxíuna idea básica, bien admitida y geno. Sin embargo, para que la vida demostrada, sobre la que basaré mis exista en la Tierra es necesaria la preargumentaciones. Ésta no es otra sencia de compuestos de carbono. El sino que en todo el Universo, por carbono puede combinarse con el grande que éste sea, rigen las mismas hidrógeno para formar compuestos leyes de la Física y, por extensión, de tan sencillos como el metano (CH4) la Química. Esto es, que aunque y otros con un gran número de átonuestro todavía desconocido extrate- mos como el nonacontatrictano rrestre los llame por otro nombre, los (C390H782). Compuestos con estructuras más complejas ya sea en número de átomos, en estructura o en Cabe preguntarnos si sería posible, en el ambos son capaces de almacenar espacio exterior, energía (como las moléculas de ADP encontrar formas de y ATP) o información (como el vida basadas en otros ADN, a la sazón protagonista del elementos y compuesdenominado "dogma central" de la tos químicos diferenBiología). Dichos derivados de cartes de aquéllos en los bono, a la par que estables, son sufique se basa la existencientemente reactivos como para te en nuestro planeta. poder ser modificados por los seres ¿Por qué no es probable una vida basada en el silicio? Una recreación del "Hombre de Silicio" para la portada de «Redención no contesta» en la obra de ciencia ficción "La Saga de los Aznar" de G.H.White, donde se describe una raza de estas criaturas. www.silente.net posible vida basada en el silicio, debemos hacer un análisis mucho más detallado de las comparaciones hechas anteriormente. Si hemos de preguntarnos si la vida basada en silicio existe, también deberíamos preguntarnos por qué no existe aún cuando el silicio es el segundo elemento químico más abundante en la Tierra (y mucho más abundante que el carbono). Es cierto que el silicio, al igual que el carbono, es capaz de formar enlaces consigo mismo: incluso tiene la misma valencia (cuatro) por lo que el tipo de estructuras que puede formar son las mismas que las del carbono. Eso es porque ocupa la posición inferior al carbono en la tabla periódica y eso quiere decir que comparte muchas de sus propiedades químicas. Por ejemplo, al igual que el carbono, el silicio puede formar cuatro enlaces con sendos átomos de hidrógeno, formando así el silano (SiH4). Otras propiedades químicas, en cambio, precisamente por estar en la fila inmediatamente inferior de la tabla periódica, son muy diferentes. Una de ellas es el tamaño. El átomo de silicio tiene ocho electrones más que el de carbono y su radio atómico mide 0,118 nanómetros (nm) en comparación con el del átomo de carbono que es de 0,077 nm. Esa diferencia de radio atómico se traduce en una mayor distancia de enlace químico entre átomos de silicio (0,250 nm) que entre átomos de carbono (0,154 nm) y , por ello, el enlace silicio-silicio es sólo la mitad de fuerte (energía de enlace3: 327 kJ/mol) que el enlace carbono-carbono (energía de enlace: 607 kJ/mol), así que las cadenas complejas de silicio no tendrían la estabilidad suficiente para formar estructuras complejas compatibles con la vida. Por otra parte, la gran afinidad 83 vivos en pos de su supervivencia. Todas estas propiedades son únicas para los compuestos derivados del carbono. Ningún otro elemento aglutina todas ellas por sí mismo2. El compuesto más parecido, en principio, al carbono es el situado inmediatamente debajo de él en la tabla periódica, lugar que corresponde al silicio. ¿Qué ocurriría entonces si intercambiamos el silicio por el carbono y dejamos todo lo demás como Si queremos entender por qué las está? El silicio también es capaz de razones expuestas anteriormente no formar largas cadenas consigo son suficientes para defender una mismo o con otros elementos como el oxígeno (¿quién no ha oído hablar de las siliconas?). También, al igual que el carbono, el silicio es capaz de combinarse tanto con hidrógeno como con oxígeno, por lo que podría formar compuestos alternativos a los hidrocarburos y al dióxido de carbono, respectivamente. Entonces, ¿cuáles son las razones para el título de este artículo? el escéptico del silicio por el oxígeno va en contra de una vida basada en el primero4. El dióxido de silicio no es soluble en agua, mientras que el dióxido de carbono sí que lo es y la energía de enlace silicio-oxígeno es mucho mayor que la del enlace carbono-oxígeno5. Por sí mismas, todas estas razones son ya suficientes para justificar por qué el carbono se encuentra presente en todas las formas de vida de la Tierra y el silicio sólo forma rocas (algunas de ellas de gran belleza, desde luego, pero siempre inanimadas). Pero hay más razones por las que el silicio no es, en absoluto, comparable al carbono. Los enlaces que el carbono puede formar consigo mismo pueden ser sencillos o múltiples (dobles y triples). En términos químicos eso es fundamental para la reactividad de los compuestos que, siendo muy estables, pueden reaccionar químicamente con otras moléculas para transformarse en compuestos diferentes siempre y cuando se den las condiciones adecuadas. El silicio, por el contrario, sólo forma enlaces sencillos consigo mismo y ni siquiera son suficientemente estables para mantener la integridad de moléculas grandes. El carbono también puede formar estructuras cíclicas, bien sólo con átomos de carbono (como el benceno) o en combinación con otros elementos (como en los carbohidratos). El silicio no forma compuestos cíclicos. Es demasiado grande para ello y las estructuras cíclicas serían tremendamente inestables. Es en la combinación del elemento clave (carbono o silicio) con los átomos que forman la molécula más importante de la Tierra (el agua) donde encontramos las mayores diferencias. Los compuestos formados por carbono e hidrógeno (hidroel escéptico 84 carburos) son estables en presencia silicio (de lo contrario, una vida de oxígeno, pero bajo determinadas basada en silicio tendría bastantes condiciones pueden combinarse con problemas). Pero también necesitaría él para formar otros compuestos, una cierta diversidad de otros eleincluyendo dióxido de carbono y mentos básicos como hidrógeno, agua en una reacoxígeno, azufre y El silicio sólo forma ción que es la base fósforo. Y, entonde la producción enlaces sencillos con- ces, si tenemos energética de nues- sigo mismo y ni siquie- esos elementos y tro planeta. Por el agua, ¿qué evitaría ra son lo suficientecontrario, los commente estables como que se formara la puestos formados para mantener la inte- vida basada en el por silicio e hidrócarbono? gridad de moléculas geno (silanos) se grandes. inflaman espontáEn definitiva, la neamente en presencia de oxígeno, vida en la Tierra se debe a una serie por lo que su reactividad es difícil- de pequeñas coincidencias (si es mente controlable y dichos com- posible llamarlas así) que establecen puestos serían de dudable existencia unas condiciones idóneas para que se en un mundo con abundante oxíge- produzca. El simple intercambio de no. Podemos intercalar átomos de un átomo por otro es algo demasiado oxígeno en las cadenas de silicio y sencillo como para que se pueda tendríamos siliconas. Éstas son pensar en una alternativa y que todo mucho más estables, es cierto, por lo funcionara de la misma forma. Por que podrían formar estructuras más citar un solo inconveniente, habría complejas que serían también muy también que pensar en otro medio resistentes6. Sin embargo, dichas disolvente, análogo al agua de la Tieestructuras serían, precisamente por rra, que fuera el complemento ideal su alta estabilidad, difícilmente de los compuestos de silicio. Y todo transformables en otras sustancias. ello, a su vez, en un mundo que proPor último, los derivados de silicio porcionara unas condiciones muy más estable son aquéllos que, ade- particulares (no necesariamente más de combinarse con oxígeno, lo iguales a las de la Tierra). Encontrar hacen con cationes metálicos, for- esas condiciones es muy difícil pero mando silicatos, compuestos dema- dada la magnitud del Universo quizá siado estables para ser modificados no imposible. por un ser vivo. Lo que sí resulta bastante impensaDesde luego podemos pensar que ble es que la vida extraterrestre, si todos estos problemas quizá fueran existe, sea en su base molecular (y solucionables en un entorno determi- sólo en ella, ya que no tratamos aquí nado y adecuado, pero ¿cuál debería acerca de sus posibilidades intelecser ese entorno?. Desde luego tendría tuales) muy diferente a la de la Tieque tener una abundante fuente de rra. En tal caso, debería ser completamente distinta a la vida que conoLo que si resulta bastancemos. Mediante una visión soñadote impensable es que la ra de la Química podría parecer posible, pero todas las evidencias apunvida extraterrestre, si tan en la dirección opuesta, por lo existe, sea en su base que su existencia cae definitivamenmolecular muy diferente te en el terreno de la especulación. Y a la de la Tierra. ello porque, como he comentado ¿Por qué no es probable una vida basada en el silicio? al principio de este artículo, las leyes de la Naturaleza que rigen en la Tierra son las mismas para el resto del Universo. dos con los seres vivos, esto es, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos. Sólo ellos ya son también varios millones, lo que hace que la proporción entre compuestos inorgánicos y orgánicos sea ciertamente pequeña. 3. Datos para moléculas diatómicas en fase gaseosa a 273 K. La distancia de enlace CC en el carbono elemental (grafito) es de 0,143 nm. En el silicio elemental es de 0,235 nm. 4. Una prueba adicional la encontramos en Júpiter. Con una atmósfera rica en hidrógeno no se ha observado la presencia de silano en el planeta, donde a pesar de la abundancia de hidrógeno todo el silicio se encuentra en forma de óxido de silicio (comúnmente denominado sílice o arena). Otros estudios han revelado la presencia de silicatos en meteoritos y comentas y, sin embargo, no se ha encontrado ningún rastro de silanos o siliconas, por lo que la presencia de compuestos de silicios que contengan hidrógeno es altamente improbable. 5. Para los que tengan conocimientos de Química hay que añadir, además, que el silicio cuando se combina con el oxígeno para dar lugar al dióxido de silicio (el componente mayoritario de la arena) forma una estructura tridimensional de gran estabilidad muy parecida a la del diamante. Existe otra gran diferencia entre el carbono y el silicio en su combinación con el oxígeno. Mientras que el silicio lo hace a través de enlaces sencillos, el carbono forma enlaces múltiples con el oxígeno que, lejos de aumentar su estabilidad, favorece su reactividad química, fundamental, entre otras cosas, para la fotosíntesis. 6. El extraterrestre de la película Alien: el octavo pasajero, y sus sucesivas secuelas, tenía como fluido sanguíneo un ácido corrosivo que el ser vivo podía soportar precisamente por tener tejidos de silicona. Esta idea fue copiada de la serie Star Trek, ya que el organismo Horta secretaba un ácido muy corrosivo para moverse a través de la roca (ver nota núm. 1). En cualquier caso, resulta difícil pensar cuál sería su fuente de alimentación que contuviera abundante silicio y cómo su metabolismo lo transformaría en siliconas en el espacio exterior donde no hay oxígeno... por mencionar sólo un par de incongruencias científicas en relación con esa hipotética forma de vida. NOTAS 1. Uno de los más conocidos es un episodio de la serie Star Trek en el que tienen que enfrentarse a una especie de vida basada en el silicio denominada Horta, nativa del planeta Janus VI y descubierta por la Federación en 2267 gracias al oficial científico Spock de la nave Enterprise. 2. Efectivamente, la posibilidad de combinarse para formar un gran número de compuestos es única en el carbono. En la tabla periódica hay más de 110 elementos conocidos. Si exceptuamos el carbono, se conocen más de 50.000 posibles compuestos químicos, combinación del resto de los elementos, conocidos como compuestos inorgánicos. Sin embargo, cuando incluimos el carbono, el número de compuestos asciende a más de seis millones, y eso que en ese número no se incluyen los compuestos de gran complejidad directamente relaciona- 85 el escéptico