“Todos sabemos que la vida está esencialmente basada en el carbono … y quizá alguna vez te hayas sentido tentado a preguntarte …pero ¿por qué la vida no pudo evolucionar de un elemento diferente?

Y ¿qué elemento de la tabla perdiódica sería un buen candidato para reemplazar al carbono?, pues recordemos cómo se organizan los elementos en la tabla. Los elementos en un mismo grupo tienden a mostrar propiedades similares. El carbono pertenece al grupo IV, y el elemento más cercano a este en ese grupo es el silicio. Ambos tienen 4 electrones de valencia, lo que hace posible que ambos puedan formar hasta cuatro enlaces covalentes.

El primero en proponer en serio la vida basada en el silicio como una alternativa a la vida basada en el carbono en la comunidad científica fue el astrofísico alemán Julius Schneider. El usó esta teoría en 1891 para predecir la vida en los planetas rocosos de nuestro sistema solar. Luego en 1893, James Emerson Reynolds propuso  que la vida basada en el silicio podría existir, pero a temperaturas extremadamente altas, porque los compuestos de silicio conocidos en ese momento eran estables, incluso a altas temperaturas. Treinta años después, J.B.S Haldane sugirió que la vida basada en el silicio podría existir en las rocas fundidas en el interior de la Tierra. El manto de la Tierra contiene suficiente silicio y, como se dijo antes, los compuestos de silicio son muy estables a altas temperaturas. En años recientes el Dr. Thomas Gold, un renombrado astrofísico austríaco (ahora fallecido), escribió un libro sobre la posibilidad de la vida basada en el silicio en el interior de la Tierra: The Deep Hot Biosphere, un libro ciertamente muy controversial y que valdría la pena leer.”

Como nuestra ignorancia es grande, no aparto la idea de que realmente existan seres de silicio que, aun estando a nuestro alrededor, no seámos capaces de percibirlos, y, viviendo en nuestro mundo es, como si vivieran en otro muy lejano.

Anoche acabé de repasar el pequeño librito de Asimov “Cien preguntas básicas sobre Ciencia” y, de entre todas ellas, os he sacado la que aquí os transcribo por ser un tema que muchas veces hemos comentado en esta página. Asimov, como sabéis, era químico y le gustaba la Ciencia en General, él se metía de cabeza en todos los campos y, para dejar volar su imaginación, se refugiaba en la Ciencia ficción, parcela en la que, no salió mal parado al conseguir grandes éxitos.

“Todos los seres vivientes, desde la célula más simple hasta la sequoia más grande, contienen agua, y además, como la molécula más abundante, con mucho. Inmersas en el agua hay moléculas muy complejas, llamadas proteínas y ácidos nucleicos, que al parecer son características de todo lo que conocemos por el nombre de vida. Estas moléculas complejas tienen una estructura básica compuesta en cadenas y anillos de átomos de carbono. A casi todos los carbonos van unidos uno o más átomos de hidrógeno. A una minoría, en cambio, van ligadas combinaciones de átomos como los de oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo.

Los átomos de silicio reemplazan a los de carbono dentro del grafeno.  ¿Lo hará también para la vida?

Expresándolo con la máxima sencillez podemos decir que la vida, tal como la conocemos, está compuesta de derivados de hidrocarburos en agua.

¿Puede la vida estar compuesta de otra cosa? ¿Existen otros tipos de moléculas que proporcionen la complejidad y versatilidad de la vida, algo distinto del agua que proporcione, sin embargo, las propiedades poco usuales, pero necesarias, que sirven como trasfondo de la vida?

¿Es posible concebir algo parecido al agua que pudiera sustituirla? Las propiedades del amoníaco líquido son las más afines a las del agua. En un planeta más frío que la Tierra, por ejemplo, Júpiter, donde el amoníaco abunda en estado de líquido mientras que el agua está solidificada, puede que sea concebible una vida basada en el amoníaco.

El amoniaco está constituido por moléculas de composición NH3. Los átomos del hidrógeno son equivalentes. La molécula tiene, por tanto, forma piramidal es decir presenta una hibridación sp3, donde tres de los orbitales se solapan con los hidrógenos y el que resta se queda con los electrones no compartidos. Los ángulos de enlace son algo menores que los de un tetraedro debido a la nube electrónica del par solitario que los reduce a un ángulo de 107º 20´. El nitrógeno ocupa el vértice de una pirámide, cuya base es un triángulo equilátero formado por los tres átomos de hidrógeno.

Así que, en el amoniaco tenemos átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno , que es un átomo pequeño y electronegativo, por lo que el amoniaco presentará enlaces intermoleculares de puntes de hidrógeno al igual que la molécula de agua.El hecho de que el amoniaco presente este tipo de enlace entre sus moléculas hace que sus puntos de fusión y ebullición, el calor de vaporización, la constante dieléctrica, etc… sean anormalmente altos.

       Mirando dentro del átomo…

Por otro lado, hay que decir que si el hidrógeno va unido a tantos puntos de la cadena de carbono es porque se trata de un átomo muy pequeño que se acopla en cualquier lugar. El átomo de flúor es parecido al de hidrógeno en algunos aspectos y casi tan pequeño como él. Así pues, igual que tenemos una química de los hidrocarburos podemos tener una química de los fluocarburos, con la única salvedad de que éstos son mucho más estables que aquéllos. Quizá en un planeta más caliente que la Tierra podría concebirse una vida a base de fluorocarburos.

Pero ¿y en cuanto al átomo de carbono? ¿Existe algún sustituto? El carbono puede unirse a un máximo de cuatro átomos diferentes (que pueden ser también de carbono) en cuatro direcciones distintas, y es tan pequeño que los átomos de carbono vecinos se hallan suficientemente próximos para formar un enlace muy fuerte. Esta característica es la que hace que las largas cadenas y anillos de carbono sean estables.

Se puede ver que la glucosa se compone de seis átomos de carbono (Carbo…) y los elementos de seis moléculas del agua (…hidrato). La glucosa es un azúcar simple, en el sentido de que a nuestra lengua su sabor es dulce. Hay otros azúcares simples que también habrás escuchado:

• Fructosa
• Galactosa
• Lactosa
• Sacarosa
• Maltosa

La glucosa, fructosa y galactosa se conocen como monosacáridos. Lactosa, sacarosa, maltosa y son llamados disacáridos (que contienen dos monosacáridos).

El silicio es, después del oxígeno (O) el segundo elemento más abundante en la tierra: la corteza terrestre está formada en aprox. 28 % de silicio. Cada átomo de silicio central puede enlazarse adicionalmente con dos átomos de carbono, normalmente en grupos metilo (CH3). En los átomos de silicio de los extremos se suelen enlazar tres grupos metilo. El silicio es un elemento tetravalente, es decir, que puede formar 4 enlaces covalentes. En la tabla periódica se encuentra en el grupo IV, justo debajo del carbono (C). El silicio presenta una gran afinidad con el oxígeno.

El silicio se parece mucho al carbono y también puede unirse a un máximo de cuatro átomos diferentes en cuatro direcciones distintas. El átomo de silicio, sin embargo, es mayor que el de carbono, con lo cual las combinaciones silicio-silicio son menos estables que las de carbono-carbono. La existencia de largas cadenas y anillos de átomos de silicio es mucho más improbable que en el caso de carbono.

Lo que sí es posible son largas y complicadas cadenas de átomos en las que alternan el silicio con el oxígeno.

Moléculas de dióxido de silicio formando una macla de cristales de cuarzo. Créditos: www.123rf.com

Personalmente creo que el Silicio dará más juego en el campo de la I.A. (Vida Artificial) que en esta otra clase de vida que nosotros representamos.

La estructura de la silicona contiene átomos de silicio y oxígeno alternantes en unidades periódicas, llamadas siloxano. Las moléculas formadas por varias unidades de siloxano se denominan polisiloxano o silicona. Cada átomo de silicio puede unirse a otros dos átomos o grupos de átomos, y este tipo de moléculas se denominan “siliconas”.

A la molécula de silicona pueden ir unidos grupos de hidrocarburos o de fluorcarburos, y estas combinaciones podrían resultar en moléculas suficientemente grandes, delicadas y versátiles como para formar la base de la vida. En ese sentido sí que es concebible una vida a base de silicio.

Pero ¿existen realmente esas otras formas de vida en algún lugar del universo? ¿O serán formas de vida basadas en una química completamente extraña, sin ningún punto de semejanza con la nuestra?

Quizá nunca lo sepamos.”

Al menos de momento, la vida basada en el Silicio ha sido cosa de la Ciencia ficción, nada hemos podido descubrir que nos indique esa dirección y, desde luego, aunque nunca podemos negar nada (el universo y su diversidad de mundos es muy complejo), afirmar que existe la vida basada en el Silicio, no tiene ninguna base científica pero… ¡negarlo tampoco!

El elemento químico básico que ha sido propuesto para un sistema bioquímico alternativo es el átomo de silicio, puesto que el silicio tiene muchas propiedades químicas similares al carbono, tiene los mismos cuatro enlaces, y está en el mismo grupo del cuadro periódico, el grupo 14.

En esta segunda imagen, obtenida por el mismo grupo de investigación, se observan los orbitales moleculares de la molécula (PTCDA) que en este caso está depositada sobre los átomos de silicio.

Parafraseando al premio Nobel Richard Feynman, efectivamente “hay un gran espacio al final”. Tenemos ante nosotros un universo de tamaño diminuto que justo ahora estamos comenzando a explorar, un lugar en donde los materiales se comportan de diferente manera y cuyas extrañas propiedades podemos aprovechar para desarrollar una mejor tecnología.

Tendrás este material la propiedad bioquímica para poder, a partir de ahí, otras formas de vida. La bioquímica que conocemos está basada en el Carbono pero…¡quién sabe! Es tan grande el Universo, son tantos los mundos que están alumbrados por estrellas distintas a las que… por distintas razones podríamos pensar que…Por ejemplo, pensemos en Titán.

Se trata de una molécula de Silicio. Se ha especulado con la posibilidad de encontrar vida en Titán, la luna de Saturno. Sin embargo los científicos creen que de existir sería una vida de tipo microbiana basada probablemente en el silicio debido a las bajas temperaturas, escasez de agua y la falta de oxígeno de su entorno.

Suponen también que su hábitat serían los hidrocarburos que se encuentran en Titán en forma líquida y que sus procesos biológicos serían muy distintos a los que conocemos, al ser el silicio más pesado que el Carbono. Son muchas las cosas que desconcemos y, de nada de lo que podamos encontrar, en el vasto universo, podremos sorprendernos.

Los Cristales de Cuarzo son una sorprendente creación de la Naturaleza, con dos moléculas de Silicio y una de Oxigeno (Si2 O) en su configuración química, podría decir que son agua fosilizada, su particularidad se podría explicar como catalizadora ya que enfoca, almacena, aumenta y transforma cualquier forma de energía. Muchas son las bellas formas que en la Naturaleza se pueden configurar con Silicio pero la vida…

Yo, de momento, apuesto por el Carbono y, algo me dice que, aunque existan seres distintos a nosotros (que existirán), estos, como nosotros, también estarán basados en el Carbono. Pienso que la mecánica del universo se rige por las leyes que conocemos y, siendo así (que lo es), todo lo que aquí ha ocurrido también podrá ocurrior en cualquier lugar lejano. La materia está conformada de la misma manera en todas partes y, sus transiciones de fase, tanto aquí como allí, siempre serán las mismas y, si es así…La Vida, será también la misma en todas partes independientemente de las formas que puedan adoptar en función de otros factores como gravedad del planeta, lejanía de su estrella, campo electromagnético, etc. etc.

Bueno, ya veremos si tenemos la oportunidad de comprobarlo.

emilio silvera

Científicos consiguen congelar la luz y hacerla sólida. Al m,enos así ha sido publicado en distintos medios

Los fotones, las partículas de las que está hecha la luz, no se comportan como muchas otras partículas porque no tienen masa. Esto hace que no interaccionen entre ellas y por tanto no se unan unas a otras para formar elementos mayores y más complejos, como sí hacen otras partículas fundamentales.

Sin embargo, en los últimos años varios equipos científicos de todo el mundo han logrado jugar con esta característica y, de alguna forma, burlarla, deteniendo la luz y congelándola, convirtiéndola en un sólido. Se trata de un fenómeno que nos recuerda a las películas de ciencia ficción (piensen en los sables láser de La guerra de las galaxias), pero en cuyo conocimiento los investigadores avanzan cada día más. Los últimos, un equipo de la Universidad de Princeton que ha logrado convertir la luz en cristal, según sus conclusiones.

Nos interesa explorar, y eventualmente controlar y dirigir, los flujos de energía a niver atómicoLo han conseguido interconectando fotones, las partículas elementales de la luz, de forma que se quedasen fijos en un lugar como si estuviesen congelados. Los resultados de sus experimentos podrían servir para desarrollar nuevos y exóticos metamateriales, además de ayudar a avanzar en el conocimiento sobre el estudio fundamental de la materia.

“Es algo que nadie había visto antes, un nuevo comportamiento de la luz”, explica Andrew Houck, profesor asociado de ingeniería eléctrica y uno de los investigadores. “Nos interesa explorar, y eventualmente controlar y dirigir, los flujos de energía a niver atómico”, dice Hakan Türeci, uno de los miembros del equipo.

Para lograrlo, construyeron una estructura hecha de materiales superconductores con más de cien mil millones de átomos ensamblados para funcionar como uno solo y la situaron junto a un cable superconductor por el que transitaban fotones. Esos fotones, debido a mecanismos propios de la física cuántica, adoptaron algunas de las propiedades del átomo, como por ejemplo las interacciones entre ellos, algo que normalmente no ocurre con los fotones. Así, el equipo logró que fluyesen como si fuesen parte de un líquido o que se congelasen como si fuesen un cristal sólido.

Los científicos han estudiado el comportamiento de la luz durante años, que a veces corresponde al de una onda y otras al de una partícula. Con este experimento, han podido inventarle uno nuevo. “Hemos provocado una situación en la que la luz se comporta efectivamente como una partícula, en el sentido de que dos fotones pueden interaccionar con fuerza. En un momento oscila de delante hacia atrás como si fuera un líquido, y en otro directamente se congela”, explica Türeci.

Los ordenadores actuales no ‘entienden’ la física cuántica

Esta investigación es parte del esfuerzo que científicos de todo el mundo están poniendo para intentar responder algunas preguntas fundamentales del comportamiento de las partículas subatómicas, cuestiones que no es posible contestar ni siquiera utilizando los ordenadores más potentes de los que disponemos hoy en día.

Es como resolver preguntas sobre aerodinámica observando un modelo de aeroplano en un túnel de viento, es decir, a través de una simulación física en vez de con cálculos digitalesLos equipos de computación con los que trabajan los científicos no sirven porque funcionan siguiendo la mecánica tradicional, que describe cómo es el mundo de los objetos cotidianos en una escala muy amplia, desde los planetas hasta los átomos y moléculas. Pero el mundo de los fotones y otras partículas de tamaño inferior al átomo funciona siguiendo las reglas de la mecánica cuántica, que incluye propiedades en apariencia imposibles e incomprensibles, como por ejemplo que varias partículas estén relacionadas en cuanto a su comportamiento a pesar de estar distanciadas por cientos de kilómetros.

Esa diferencia en cuanto a sus características limita la capacidad de los ordenadores de trabajar con estos componentes subatómicos. Simplemente, no puede calcular qué harán ante unos u otros estímulos. De forma que la comunidad científica lleva tiempo intentando crear un nuevo tipo de ordenador basado en las normas de la física cuántica, con el convencimiento de que así podrán responder a muchas de las preguntas que les intrigan de esta rama del conocimiento. Para crear esa nueva computadora, sin embargo, hace falta tiempo y profundizar en la investigación de estos fenómenos, creándose así un círculo que retrasa las respuestas.

Otra corriente dentro del estudio de la física cuántica, dentro de la que se enmarca el trabajo de los científicos de Princeton, apuesta por dejar de lado los ordenadores y desarrollar nuevas herramientas que imiten el comportamiento de las subpartículas. El inconveniente es que estas herramientas tendrán una utilidad más limitada que la de un ordenador cuántico, pero la ventaja está en que en teoría podrán crearse sin necesidad de responder previamente a cuestiones más complejas y avanzadas.

“Es como resolver preguntas sobre aerodinámica observando un modelo de aeroplano en un túnel de viento, es decir, a través de una simulación física en vez de con cálculos digitales”, explica una entrada en el blog Scienceblog.

En este caso, la herramienta desarrollada es muy pequeña y sus posibilidades son limitadas, pero los investigadores confían en poder ampliarla, así como aumentar el número de interacciones entre fotones, aumentando su capacidad de simular situaciones complejas. En el futuro esperan poder observar la luz en estados aún más extraños, como por ejemplo un superfluido o un aislante.”

Cuando sepamos lo que es la luz… ¡Sabremos lo que es el Universo… y nosotros!