23 de febrero de 2011

Vida y silicio. Una mirada objetiva

Moléculas de dióxido de silicio formando una macla de
cristales de cuarzo. Créditos: www.123rf.com
Hace unos días tuve la ocasión de intercambiar opiniones con Jorge Laborda, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular en la Facultad de Medicina de la Universidad de Castilla-La Mancha. El tema sobre el que charlamos no fue otro que las posibilidad de la existencia de formas de vida basadas en la química del silicio, más concretamente terminamos hablando sobre los inconvenientes que se dan para encontrarla. Durante esta conversación, Jorge me dio argumentos de un gran peso científico para forjarme una opinión objetiva sobre las opciones del silicio a nivel biológico.

Para comenzar, veamos a qué nos enfrentamos: ¿Qué es el silicio? Es un elemento químico situado en la tabla periódica justo debajo del carbono, lo que le confiere un carácter especial ya que tiene 4 electrones en su capa de valencia. Esto le concede un carácter intermedio entre la captación y la cesión de electrones por parte de otros átomos para completar su capa más externa.

A nivel abiótico podemos encontrar el silicio en nuestra vida cotidiana. El mal llamado "cristal" -ya que en realidad se trata de un vidrio- que forma los vasos que tenemos en la cocina está formado principalmente por silicio. Pero igualmente los transistores que forman los circuitos integrados del dispositivo desde el que estáis leyendo estas líneas también están formados por obleas de este elemento químico. Como dato significativo, el dióxido de silicio o sílice forma parte del 25% de la corteza terrestre de nuestro planeta.

Ahora pasemos al aspecto biológico. Comencemos por lo que sí que conocemos: el carbono. ¿Qué tiene de especial? Jorge Laborda, en el capítulo 2 de su libro Una Luna, una civilización comenta que "es cierto que el carbono es el elemento central de la vida, ya que mientras quizá la vida podría surgir aun en ausencia de nitrógeno, no podría surgir nunca en ausencia de carbono". Una de las ventajas del carbono es que es abundante en el Universo, pero también que tiene mucha facilidad para unirse con otros átomos de carbono, lo que permite formar largas cadenas, a la vez de la facilidad de interactuar con otros elementos como hidrógeno, oxígeno o nitrógeno, entre otros.

Pero hay que tener otro aspecto en cuenta: el agua, que cumpliendo su papel de absorbente de desorden y unido a la versatilidad molecular que proporciona el carbono, las moléculas formadas por él con otros elementos ligeros pueden ordenarse y organizarse en el líquido elemento. 

Y podríamos pensar que con el silicio podría pasar lo mismo. Pero, ¿qué ocurre realmente? Jorge Laborda lo tiene claro: "sobre el papel, sería posible, tal vez, pero en la realidad de nuestro Universo, es imposible". Se apoya en el argumento de que "el silicio se une al oxígeno con una mayor fuerza de lo que se une a otros elementos" y por eso lo más normal es encontrarlo en forma de sílice o de silicatos.

El enlace entre el silicio y el oxígeno es tan fuerte y el sílice tan estable que "el silicio prefiere unirse al oxígeno antes que a cualquier otro elemento, incluido a sí mismo", resalta Laborda en base a evidencias demostradas científicamente. Este fuerte enlace hace que sea complicado que el silicio forme largas cadenas y, en el caso de formarlas, sean exclusivamente de silicio y oxígeno, sin presencia de otros elementos.

La única posibilidad que se contempla es encontrar un ambiente en el que no haya oxígeno, pero existe un problema y es que, de acuerdo a determinaciones de abundancia de elementos químicos realizadas, Jorge nos hace ver en su libro que "por cada átomo de silicio existen nueve átomos de oxígeno en el Universo".

Volviendo al agua, "no se conoce ningún otro líquido que sea capaz de hacer lo mismo -en referencia a la ordenación y la organización- con moléculas basadas en silicio" cuando se encuentra con otros elementos más ligeros, por lo tanto "aún tendríamos el problema de que se encontraran en un medio que les permitiera organizarse espontáneamente" nos hace ver Laborda, para terminar diciendo que "sin esa organización, la vida es, probablemente, imposible".

Os recomiendo el libro Una Luna, una civilización, así como seguir su blog "Quilo de ciencia". Si queréis saber más de este tema, os sugiero también escuchar este podcast donde Jorge habla largo y tendido sobre el tema que hoy nos concierne.

A día de hoy sólo conocemos la vida basada en el carbono y todo hace pensar que seguirá siendo así durante mucho tiempo ya que el otro candidato en el que se pensaba, el silicio, tiene muchas dificultades. Pero de momento nos conformamos con encontrar vida en alguno de los exoplanetas de los que tenemos constancia o en cuerpos de interés en nuestro Sistema Solar. Una vez hallada ésta, ya veremos qué nuevos caminos y posibilidades se nos ofrecen para seguir adelante con esta gran aventura.

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14 de febrero de 2011

La otra Europa

Detalle de la superficie del satélite Europa obtenida por la sonda
Galileo. Créditos: NASA/JPL/University of Arizona/University
of Colorado.
Cuando la inmensa mayoría de la gente escucha la palabra Europa, le suele venir a la mente ciudades como París, Madrid o Bruselas. Pero para un reducido grupo de personas -entre los que me incluyo- cuando escuchamos esa palabra no pensamos en ciudades, monumentos o países del viejo continente. Lo que nos viene a la cabeza es el satélite helado del coloso Júpiter; en mi caso concreto, imagino su corteza de hielo rasgada con filamentos rojizos ricos en sales, dándole un aspecto inconfundible frente a otros cuerpos del Sistema Solar.

Las lunas de Galileo

La primera persona de la que se tiene constancia en observar Europa fue Galileo Galilei con su pequeño telescopio el 7 de enero de 1610, aunque hay una vertiente que opina que fue el astrónomo alemán Simon Marius el verdadero descubridor de estas lunas unos días antes. Sea cual fuere el verdadero descubridor, se observó que Júpiter era orbitado por un conjunto de 4 satélites que posteriormente fueron llamados galileanos en honor al astrónomo italiano. Años más tarde se amplió el catálogo de satélites del gigante gaseoso donde actualmente se han cifrado un total de 63 lunas.

Aunque Europa es el menor de los galileanos no por eso es el menos importante ya que Europa está rodeada por una capa de hielo pero bajo ella parece haber un océano salado donde se pueden dar condiciones de habitabilidad, lo que le confiere un gran interés. Mi compañera Olga Prieto Ballesteros, doctora en geología planetaria del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) me comentó que "explorar Europa es un nuevo reto para planetólogos y astrobiólogos".

El poder de las mareas

La trayectoria del satélite alrededor del planeta joviano es muy elíptica, lo que provoca que las fuerzas de marea sean mayores cuanto más cerca se encuentren, esto hace que haya tensiones en el interior, se deforme y se produzcan las vistosas grietas rojizas de su superficie.

Pero lo que para mí es la consecuencia más importante de estas fuerzas es lo que algunos conocen como calentamiento por mareas, permitiendo la fusión del hielo y formando el océano de Europa. "Hasta ahora nuestro concepto de habitabildad se centraba en la superficie de los planetas, pero Europa rompe con esa afirmación, y nos fuerza a mirar en el interior", afirma mi compañera. Parámetros como la temperatura que alcance el agua serán cruciales para determinar si las condiciones permiten la existencia de vida, que se piensa será muy parecida a la que se podría encontrar en el lago Vostok situado en el continente antártico. "En las décadas que vienen -argumenta Olga- las misiones espaciales tendrán que determinar las condiciones físicas, químicas y geológicas de la subsuperficie, y comprobar si el océano de Europa es o no hostil para la vida".

Planes de futuro

Si todo va sin contratiempos, la exploración in situ de Europa podría comenzar en 2020 con el lanzamiento de la misión EJSM/Laplace (ESA/NASA), la misión está todavía planificándose y ha sido fruto de una dificil decisión entre explorar este satélite o volver a Titán, pero la misión Cassini-Huygens ya ha tenido la oportunidad de explorar el satélite de Saturno. En esta ocasión, es el turno de Europa.

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8 de febrero de 2011

Campo de batalla: Zarmina

Imagen del espectrógrafo HARPS instalado en el telescopio de
3.6 metros del observatorio de La Silla (Chile). Créditos: European
Southern Observatory (ESO)
Parece que vamos a tener Gliese 581-g para rato... Como si de una Ryder Cup se tratara, la batalla entre Europa y Estados Unidos se presenta como un tira y afloja interminable. Todavía no se ha confirmado la existencia de este exoplaneta y ya se le ha denominado coloquialmente como Zarmina.

Todo comenzó en septiembre de 2010 cuando Steven Vogt y su equipo publicaron un artículo donde afirmaban haber descubierto el exoplaneta Gliese 581-g. Poco después, se analizó la estrella orbitada con HARPS, el instrumento en tierra que más exoplanetas ha descubierto hasta la fecha y... ni rastro de Zarmina.

Ahora, un equipo estadounidense en el que participa la española Mercedes López Morales (IEEC-CSIC) ya no sólo confirma la existencia de Gliese 581-g sino que hace una corrección del tamaño del exoplaneta en cuestión. Estos nuevos estudios están publicados en Astrophysical Journal. Según he podido leer en el diario Público, López Morales piensa que si pudiéramos viajar hasta Gliese 581-g "sería como estar en Canarias" ya que según ellos tiene unas temperaturas límite de -9º C y 51º C. Pero aunque tuviera zonas de 25º C como el archipiélago, dudo mucho que -en el caso de existir el exoplaneta- su atmósfera sea tan apacible como lo es la nuestra.

Por otra parte, Phillip Gregory de la Universidad de la Columbia Británica (Canadá) ha estado cotejando diferentes datos de los telescopios que han obtenido datos del supuesto exoplaneta Zarmina y ha llegado a una conclusión: no sólo no existe Gliese 581-g sino que tampoco Gliese 581-f, anunciados por S. Vogt de manera simultánea.

También en el diario Público opinó sobre esta batalla el astrofísico experto en exoplanetas y ajeno a las dos investigaciones Ignasi Ribas (IEEC-CSIC) donde declaró que "el equipo de EE. UU. calculó órbitas totalmente circulares para los planetas de Gliese 581, pero cuando se usan otras elípticas, más parecidas a lo que vemos en otros sistemas solares, Gliese 581-g desaparece".

En la web de RTVE, he podido leer que S. Vogt cree que hay "un 100% de probabilidades de que exista vida" en el recién bautizado Zarmina. Antes de hacer un aserto de este tipo, un científico debería esperar a la comprobación por parte de otros científicos ya que de no ser corroborada, cuanto mayor sea la aseveración, más grande será el golpe y éste podría mermar la carrera científica del investigador.

Si he de decantarme por alguno de los dos equipos que lidian en esta batalla, lo hago por el del viejo continente, más que nada porque considero necesaria una confirmación por parte de otro equipo de investigadores para dar por válida una investigación. Además, si Zarmina existiese realmente, HARPS hubiese detectado algún indicio del exoplaneta, pero no ha sido así.

Con el aviso en septiembre de 2010 del "descubrimiento" de Gliese 581-g comenzó una carrera espacial. Esta vez no es entre Estados Unidos y Rusia ya que en este caso Europa ha relevado al país soviético. Esta nueva carrera tiene un objetivo mucho más ambicioso: encontrar un planeta donde haya  posibilidades reales de existencia de vida. La carrera ha comenzado, y la lucha por defender y descartar a Zarmina es el primer paso; ahora falta ver quién se lleva el gato al agua, pero sobre todo, ver cuánto se tarda en alcanzar el objetivo.

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1 de febrero de 2011

El ADN no tiene síndrome de Diógenes

Recreación de una molécula de ADN. Créditos: 
Università degli Studi di Firenze
Hace unos días estuve hablando con mi compañero y amigo Patxi San Martín (Centro de Astrobiología, INTA-CSIC) sobre el ADN. No es mi especialidad, así que durante casi toda la conversación fue él el que habló; yo me limité a escuchar.

Me comentó que "el hombre y el chimpancé se parecen en un 96% a nivel de ADN", pero lo que más me sorprendió es que "más de un 90% del ADN es llamado coloquialmente ADN basura". Se le otorgó este calificativo porque se sabe que no codifica para proteínas ni para promotores, con lo cual se desconoce en gran medida su función. Ese calificativo se sigue usando hoy en día.

El genoma

En el caso del genoma humano, se ha secuenciado en su totalidad aunque todavía no se han caracterizado las variaciones entre individuos; éstas son las responsables de hacer que seamos distintos unos de otros. Lo que sí se sabe, comentó Patxi, es que "sólo alrededor de un 5% contiene información que conduce a la síntesis de proteínas o de ARN con actividad catalítica".

Como dato significativo Patxi me dijo que "cada vez que una célula nuestra se duplica, se copian todas y cada una de las 3000 millones de bases que componen nuestro genoma y se comprueba que sea lo más fiel posible al original". El ser humano está compuesto del orden de 50 billones de células; por poner un ejemplo, las células que forman nuestra piel viven unos 7-10 días, nos podemos hacer a la idea del gasto energético que supone para el organismo el hecho de tener que duplicarlas.

Hay una cuestión y es que todos los seres vivos, incluido el ser humano, tienden al máximo ahorro de energía, con lo cual, si ese 90% del mal llamado ADN basura no tuviese utilidad, la selección natural ya lo habría eliminado hace decenas de miles de años ya que de lo contrario acarrearía un gasto inútil de energía.

Científicos como mi compañero Patxi piensan que ese ADN basura desempeña funciones esenciales, lo que ocurre es que todavía no han sido descubiertas. A favor de esta versión también está Peter Andolfatto (Universidad de California), publicando en Nature que "este ADN -en referencia al ADN basura- en realidad tendría un papel muy importante en la supervivencia del organismo y en la evolución de la especie".

Materia oscura

En el Universo pasa algo parecido ya que resulta que en su mayor parte parece estar compuesto de algo que no podemos detectar; ese "algo" es la llamada materia oscura y, dependiendo de las fuentes, se dan varios porcentajes aunque en todos los casos la proporción de materia oscura es superior al de materia ordinaria.

Una buena definición de este tipo de materia es la que ofrece Laura Giordani en tendencias21.net a modo de introducción de su libro de poesía Materia oscura. Dice así: "composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación para ser observada directamente. Esta materia invisible constituye el 25% del Universo frente al 5% ocupado por la materia común. Es más, las regiones más densas de materia común se acumulan donde están las grandes concentraciones de materia oscura; ésta parece formar el andamiaje oculto que apuntala los lugares de construcción de estrellas y galaxias".

¿Materia "basura"?

Al fin y al cabo, que la materia oscura nos resulte imperceptible es algo debido a nuestro sesgo instrumental; con el tiempo y cuando tengamos equipos más sensibles seremos capaces de ir ganándole terreno "convirtiéndola" en materia ordinaria. En estos momentos la única evidencia que se tiene de la materia oscura es el efecto que produce en el Universo.

Aunque sólo sea por elegancia, no se debería calificar de manera despectiva a ninguna faceta de la Ciencia. Seguramente, por el mero hecho de la nomenclatura, no tendría el mismo tirón en prensa divulgativa un artículo publicado por un científico que investiga la materia oscura que uno que investiga la materia basura. Y seguramente hubiese ocurrido lo mismo en el caso del ADN.

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