¿Por qué Life se basa en el carbono (y no, digamos, en el silicio)? » ABC de la ciencia

El carbono domina la vida en la Tierra y es la base de prácticamente todo, incluidas las plantas, los animales, los seres humanos y las biomoléculas que sustentan la vida, como los carbohidratos, los aminoácidos y mucho más.

Imagen destacada: https://www.shutterstock.com/image-illustration/carbon-form-periodic-table-elements-17086795

Todo en la Tierra se basa en el carbono y seguirá siéndolo en el futuro previsible, pero ¿podría la vida en otras partes del universo basarse en una sustancia diferente?

Es fascinante ver formas de vida representadas en películas y series de vanguardia como Stranger Things, Annihilation, Arrival y Love, Death and Robots. Estos nuevos mundos creativos dan lugar a nuestra curiosidad y nuestro deseo de saber si tales cosas realmente tienen alguna posibilidad de existir.

(Pie de foto: La presencia de carbono está en todas partes de la Tierra)

¿Qué hace que el carbono sea tan especial?

Carbon es ese niño bajito de la clase que es muy sociable y se relaciona con todos con mucha facilidad.

(Pie de foto: El carbono es tan activo que se une a cualquier elemento, si se le da la oportunidad)

Los 4 electrones en su capa exterior están abiertos para compartir con cualquiera. El carbono forma fácilmente enlaces covalentes con otros elementos debido a su pequeño tamaño, y las moléculas y compuestos que forma son extremadamente estables. La tetravalencia y el pequeño tamaño del carbono lo hacen muy especial, por lo que aprovecha cada oportunidad para completar su octeto y estabilizarse.

Carbono formando enlaces covalentes con oxígeno (Crédito de la foto: iQoncept/Shutterstock)

La concatenación (la formación de enlaces entre átomos de carbono) hace que el carbono forme cadenas, ramificaciones y estructuras anulares extraordinariamente estables. No solo se une con otro carbono, sino que también forma enlaces estables con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y muchos otros elementos, todos los cuales son combinaciones necesarias como base para la vida. La fuerza de enlace del carbono varía según la orientación de su enlace y el elemento con el que forma un enlace. La electropositividad, la quiralidad, los puntos de fusión y ebullición, la distancia nuclear, las fuerzas de atracción y una variedad de otras propiedades químicas y físicas juegan un papel en la estabilidad y la reactividad.

Representación esquemática del carbono que muestra la concatenación (Crédito de la foto: Vink Fan/Shutterstock)

¿Por qué no el silicio o cualquier otro elemento?

Carbono y silicio en el grupo 14 (Crédito de la foto: Humdan/Shutterstock)

El elemento más cercano a las habilidades “sociales” del carbono es el silicio, pero el silicio es grande y algo introvertido. Aunque el silicio pertenece al mismo grupo que el carbono, no logra formar enlaces fuertes y estables consigo mismo o con otros elementos, especialmente el hidrógeno. Cuando forma enlaces estables, no son tan variados, flexibles o complejos como los enlaces de carbono. Las reacciones del silicio en comparación con las del carbono también son más lentas.

Silicio y carbono en formas elementales (Crédito de la foto: magnetix y Miriam Doerr Martin Frommherz/Shutterstock)

La bioquímica también cambia las reglas del juego en este debate. El CO2 se disuelve en nuestra sangre y ayuda a mantener el pH de la sangre, mientras que las plantas lo usan para la fotosíntesis para generar oxígeno que sustenta otras formas de vida. Ahora, imagina respirar SiO2, que es un cristal… no parece muy fácil.

Sin embargo, algunas diatomeas que residen en el océano tienen silicio en su sistema, pero el caso no es el mismo que el del ADN y ARN autorreplicantes a base de carbono, algunas de las biomoléculas de la columna vertebral de los seres vivos.

¿Posibilidad de vida basada en algún otro elemento?

Al menos en la Tierra, la vida seguirá estando basada en el carbono.

La flexibilidad, la estabilidad y la capacidad del carbono para crear polímeros lo hacen casi ideal como componente básico de la vida en este planeta. Químicamente, parece casi imposible que el silicio reemplace al carbono, especialmente considerando que el silicio es tóxico para ciertos organismos vivos.

Conclusión

El quid de la vida radica en los componentes básicos de las proteínas o compuestos similares, así como en el metabolismo y el material genético. Sabemos esto por lo que hemos visto en la Tierra y dentro de sus formas de vida. Para que exista vida en otros lugares, se necesitan ciertos compuestos, pero no necesariamente de la misma manera. Una forma de vida es solo un complejo químico. El Carbono predomina en la Tierra, pero el Azufre, el Nitrógeno, el Fósforo o el Silicio también podrían ser elementos potenciales en la formación de la vida. El azufre forma cadenas largas como el carbono, y se informa que ciertas bacterias, como thiobacillus, sobreviven con azufre. El nitrógeno, al combinarse con el fósforo, también puede formar varias moléculas y macromoléculas complejas. También forman elementos del ADN, que es fundamental para la vida en la Tierra. El amoníaco, el metano y el etano son posibles solventes que podrían reemplazar al agua, ya que no destruyen (a diferencia del agua) las especies orgánicas hidrolíticamente inestables, controlan la complicada reactividad química orgánica y muy probablemente albergan una forma de vida diferente a la que concebimos. La posible evidencia de amoníaco líquido en Titán y el océano de Encelado brinda posibilidades para descubrir nuevas formas de vida. Después de todo, la vida en la Tierra también comenzó en un océano rico en moléculas complejas. Los científicos también han estado buscando firmas tecnológicas, que no son más que señales o indicadores que brindan evidencia de una vida tecnológica fuera de la Tierra, como la presencia de señales de radio. El descubrimiento de una firma tecnológica podría proporcionar una buena pista hacia otras civilizaciones establecidas. En nuestro propio planeta Tierra, los extremófilos, los termófilos e incluso esos lindos tardígrados han evolucionado hasta tal punto que son capaces de sobrevivir a cualquier cosa, hasta el punto de ser casi indestructibles. No sería una gran sorpresa si se separaran para evolucionar en una especie separada basada en azufre, en lugar de carbono, y convertirse en la fuente de diferentes formas de vida.

Se necesita mucho para crear vida, y este artículo solo ha tocado la punta del iceberg. Es decepcionante saber que tendremos que conformarnos con películas de ciencia ficción para nuestras formas de vida no basadas en el carbono, pero no debemos renunciar a nuestros científicos e investigadores que intentan continuamente ir más allá de nuestra existencia basada en el carbono. !

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