Los tres requisitos fundamentales para la vida

La vida tal como la conocemos sigue una serie de reglas que nos permiten verla como parte de un todo ordenado. En nuestra probablemente (muy) limitada visión del fenómeno de la vida consideramos ciertos requisitos como fundamentales para que ésta se presente y desarrolle. En el artículo previo describí de forma general a la ciencia de la astrobiología, la cual se encarga de estudiar la vida en el espacio. En este artículo voy a profundizar sobre las condiciones básicas que debemos buscar en el cosmos para que tengamos una mayor probabilidad de encontrar vida.

Considero necesario aclarar que todo lo explicado a continuación deviene del estudio de la única clase de vida que conocemos, la vida en nuestro planeta. Es probable que en otros lugares pueda emerger la vida en condiciones que nos parecerían impensables, pero no podemos estar seguros de ello. Sabemos que ciertas reglas físicas y químicas básicas deben aplicarse en cualquier parte del cosmos, pero algunas de ellas asociadas al fenómeno de la vida todavía pertenecen al campo de la especulación.

Analizaremos a continuación los tres requisitos fundamentales para la presencia de vida: el medio, la materia prima y el método.


El medio para la vida: el agua

Sabemos que allí donde encontremos agua, probablemente hallemos vida. El agua es un componente necesario de todas las células vivas, constituye alrededor del sesenta por ciento de la masa de los humanos y es el componente principal de la mayoría de los organismos. Estamos especialmente interesados en el agua en estado líquido, por eso buscamos planetas como la Tierra, que se mantengan a una distancia prudente de su estrella madre, para que el agua no se congele ni se evapore. ¿Pero qué es exactamente lo que convierte al agua en un medio tan favorable para el surgimiento y desarrollo de la vida?

El agua es el solvente básico de la química de la vida como la conocemos, puesto que proporciona un ambiente estable donde las sustancias químicas pueden moverse e interactuar. Podemos enumerar cinco características químicas del agua que la convierten en un ambiente tan propicio para la vida; veremos a continuación cada una de estas.

Para entender algunas de estas características, debemos comprender la estructura molecular del agua. La molécula de agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Aunque los tres átomos comparten electrones, el de oxígeno ejerce una mayor atracción que cualquiera de los átomos de hidrógeno. Esta desigualdad hace que el agua sea ligeramente bipolar. Dicha polaridad la convierte en un solvente perfecto para los compuestos iónicos, como las sales. Esta capacidad para disolver y conservar iones es necesaria para la vida. Por otro lado, su ligera polaridad permite disolver moléculas orgánicas pequeñas, como los azucares simples y los ácidos nucleídos, proceso esencial en la química de la vida.

Su alta reactividad es otra de las características importantes. Cada molécula de agua puede disociarse en un hidrógeno de carga positiva (H+) y un hidróxido de carga negativa (OH-). Esta disociación del agua la convierte en un reactivo ideal en muchas reacciones biológicas, como la reacción de deshidratación, a través de la cual dos moléculas se unen por la exclusión del agua.

Por supuesto, la reacción de deshidratación es reversible: las reacciones que unen moléculas pueden invertirse para separarlas. Los ácidos y las bases son perjudiciales para la vida precisamente porque el exceso de hidrógeno o hidróxido destruyen las moléculas biológicas, obteniendo oxígeno o más hidrógeno para formar agua. Esta es otra característica benéfica del agua: su nivel de acidez es suficientemente bajo, por lo tanto no daña las interacciones biológicas.


Otra característica importante del agua está relacionada con el intervalo en el cual se mantiene en estado líquido: por encima de 0°C y por debajo de 100°C (estas cifras dependen de la presión). Este es un rango muy razonable para que un planeta pueda seguir una órbita ligeramente irregular y aún así mantener agua líquida en su superficie el tiempo necesario para que la vida se desarrolle.

Por último, la característica más significativa: el agua es abundante. La molécula del agua está formada solamente por dos átomos. Posee un átomo de oxígeno, que es un elemento relativamente abundante, y dos átomos de hidrógeno, el elemento más abundante del universo.

Resumiendo, son entonces su polaridad, reactividad, nivel de acidez, amplio intervalo de estado líquido y abundancia las características que convierten al agua en un medio ideal para la presencia de vida en el cosmos.


La materia prima de la vida: el carbono

Aproximadamente el noventa y cinco por ciento de toda la materia viva está formada por tan solo seis elementos básicos: carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N), oxígeno (O), fósforo (P) y azufre (S). Los átomos de estos elementos se unen formando diferentes clases de moléculas complejas, y estas moléculas se agrupan aumentando el nivel de complejidad, siguiendo la escala hacia los orgánulos, las células, las membranas, los órganos y los organismos.

Uno de los principales beneficios del átomo de carbono es que puede establecer cuatro enlaces distintos con otros átomos (de carbono o de otros elementos), lo que lo convierte en una de las moléculas más versátiles para construir cadenas con grupos laterales y múltiples anillos.

Presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Esta capacidad para formar enlaces múltiples contribuye a la utilidad del carbono en la construcción de moléculas químicamente activas e interesantes.

El carbono actúa como esqueleto de las biomoléculas (aquellas que constituyen a los seres vivos), formando largas cadenas centrales y anillos a los que se unen otros elementos. Su unión con el oxígeno forma oxido de carbono, esencial para el ciclo de crecimiento de las plantas; unido al hidrógeno forma diferentes compuestos llamados hidrocarburos, compuestos básicos de la química orgánica; y combinado con el oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos, como los ácidos grasos, esenciales para la vida. Las cadenas de átomos de carbono están la base de prácticamente todas las moléculas biológicas.


El método de la vida: electrones y protones

La vida como la conocemos surge de reacciones complejas entre diferentes moléculas orgánicas. Los seres vivos poseen ciertos mecanismos que favorecen ciertas reacciones e inhiben otras. Además, las reacciones biológicas se desenvuelven a una velocidad mucho mayor que las abióticas. Las moléculas deben contar con algún método para impulsar dichas reacciones: es allí donde entra en juego la energía, a través del intercambio de electrones y protones.

Existen diferentes fuentes de energía que utilizan los seres vivos para la mayoría de sus procesos químicos. La fuente de energía más abundante es sin duda la radiación solar, que llega a nuestro planeta a través de fotones. Otras fuentes de energía menores son los compuestos orgánicos e inorgánicos reducidos. La vida dispone de dos métodos principales para captar, almacenar y aplicar energía: la química redox (reducción-oxidación) y el potencial quimiosmótico.

La química redox se basa en el traspaso de electrones entre moléculas: la molécula se oxida cuando pierde electrones, y por el contrario, se reduce cuando gana electrones. La vida utiliza compuestos reducidos como medio para almacenar energía y llevarla de un lugar a otro. Puede realizar trabajo gracias a la utilización de transportadores de electrones cargados que retienen electrones de alta energía.

El potencial quimiosmótico es un complejo proceso basado en la diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de compartimentos de membrana, que realizan transporte activo utilizando gradientes de protones. Puede ser utilizado como medio de almacenamiento energético para la producción de calor y rotación flagelar.


En resumen, los organismos procesan la energía obtenida a través de diferentes fuentes externas (la radiación solar, compuestos orgánicos reducidos, etcétera) produciendo, almacenando y gastando electrones y creando reservorios de protones, a través de complejas reacciones químicas entre diferentes tipos de moléculas.


Conclusión

La vida tal como la conocemos sólo puede encontrarse en un medio acuoso, sólo puede constituirse a partir de un material básico y funciona siempre mediante el uso de la química redox y los gradientes de protones. Podríamos imaginar otros medios, materiales y métodos que sustenten la vida en otros lugares del cosmos, pero ¿qué otras combinaciones de estos tres componentes son posibles y hasta qué punto es probable que se encuentren en un lugar donde sean reconocibles? Esta es una pregunta aún sin responder que se plantean los químicos y los científicos planetarios. Mientras no podamos encontrar y estudiar otras químicas alternativas, la búsqueda de la vida tal como la conocemos, con el agua, el carbono y la energía como requisitos fundamentales, seguirá dominando la ciencia de la astrobiología.


Fuentes:

• Life in Space: Astrobiology for Everyone. Dr. Lucas John Mix. Harvard University Press. 2009.
• The Astrobiology Primer: An outline of general knowledge. Lucas Mix, John Armstrong, Kaspar von Braun, Avram Mandell, Annika Mosier, Jason Raymond, Sean Raymond, Frank Stewart, Olga Zhaxybayeva. Version 1, 2006.