¿Por qué toda la vida está basada en carbono?

Quizás no puedas saberlo con solo mirar, pero el carbono es el elemento fundamental para la vida en la Tierra. El ADN y el ARN están hechos de carbono. No sólo el carbono, por supuesto, sino que el carbono puede unirse con otras moléculas para formar las largas cadenas necesarias para que exista la vida. No sólo la vida humana, sino todo tipo de vida, desde plantas hasta hongos, mamíferos e insectos, lo que sea. Todo lo que está vivo en nuestro planeta está basado en carbono.

En términos técnicos, la vida en cualquier lugar debería basarse en el carbono. Es concebible que otro elemento pueda reemplazar al carbono en la formación de estas cadenas moleculares que constituyen los componentes básicos de la vida, pero todo eso es teórico. En realidad, nunca antes habíamos visto una forma de vida que no estuviera basada en carbono; la mayoría de las veces simplemente la arrojamos a la ciencia ficción y luego la hacemos parecer un poco extraña.

Si toda la vida está verdaderamente basada en el carbono, entonces eso lleva a la pregunta de por qué. ¿Qué hace que el carbono sea el elemento ideal para la vida de las fórmulas? ¿Y qué tan probable es alguna de estas teorías que hemos tenido sobre otros elementos? ¿Qué elementos podrían formar vida y cómo lo sabemos? ¡Echemos un vistazo!

¿Qué permite que el carbono forme vida?

Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y el oxígeno es necesario para la vida, el carbono es lo que forma la vida y es el elemento más importante en esa ecuación. Esto se debe a que el carbono tiene algunas propiedades únicas que muchos otros elementos no tienen. En concreto, el carbono es realmente bueno cuando se trata de trabajo en equipo. El carbono se une fácilmente con otros elementos y esos lazos son fuertes.

Debido a que los enlaces de carbono son tan fuertes, permiten la formación de moléculas muy complicadas. El ADN, por ejemplo, es una molécula extremadamente complicada. Pero funciona porque los enlaces de carbono lo mantienen todo unido. Puede formar fácilmente largas cadenas de polímeros que permiten que existan el ADN y las proteínas porque pueden llegar a ser extremadamente largos.

La fórmula molecular del ADN es C15H31N3O13P2. Como puedes ver, el carbono tiene una fuerte presencia en la molécula. Se une aquí al hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y fósforo. Esos son los elementos básicos de la vida. Todo lo demás está estructurado en torno a eso, por lo que el carbono es una especie de andamio o esqueleto en el que se basa la vida.

Nuestro mundo está absolutamente lleno de carbono, especialmente en relación con muchos otros elementos. El carbono es en realidad el cuarto elemento más común en todo el universo. Los tres primeros son hidrógeno, helio y oxígeno, todos ellos gases. Por lo tanto, el carbono es el sólido más común que encontrarás. Tiene sentido entonces que sea parte integral de la vida, dada su abundancia.

Como los átomos son tan pequeños, resulta mucho más fácil formar cadenas moleculares extremadamente complicadas. Como mencionamos, el carbono puede formar proteínas, además de azúcares. Las cosas que la vida necesita para obtener energía están basadas en carbono tal como lo es la vida misma. Eso significa que los seres vivos pueden descomponer otros Moléculas basadas en carbono para obtener energía. de ellos para sustentar la vida. Se trata de una especie de escenario a microescala de “eres lo que comes”.

El ciclo del carbono

La Tierra disfruta de algo llamado ciclo del carbono. Este es un proceso a escala macro que abarca todo el mundo. Permite que todo el planeta recicle el carbono, lo distribuya y, de alguna manera, garantizar que la vida pueda seguir sucediendo.

El mundo tiene una cantidad finita de carbono. No lo estamos destruyendo, pero tampoco lo estamos creando. Eso no es algo que realmente podamos hacer, y menos aún a escala. Así que solo tenemos tanto carbono como siempre. Eso significa que todo lo que lo utilice deberá compartirlo en algún momento. Es muy posible que parte del carbono dentro de usted en este momento estuvo alguna vez dentro de Abraham Lincoln, un tiranosaurio rex, y tal vez el primer puñado de organismos unicelulares que chapoteaban en esas piscinas cuando comenzó la vida en nuestro planeta.

Plantas extraer dióxido de carbono del aire. Se almacena en el suelo y en los sistemas de raíces y puede liberarse nuevamente cuando estas plantas mueren. Los océanos absorben carbono y los organismos vivos, como los animales, lo exhalan a la atmósfera para intercambiarlo con oxígeno.

Gran parte del ciclo del carbono tiene que ver con la atmósfera y cómo el dióxido de carbono afecta el aire y las temperaturas globales. Pero se puede ver cómo el carbono también se propaga de otras maneras cuando es absorbido por las plantas, la planta es consumida por un animal; el animal es consumido por nosotros y estos átomos de carbono se utilizan constantemente a cambio de diversas formas. No se trata sólo del dióxido de carbono, sino de esas proteínas, azúcares y otras moléculas que los organismos comparten en la danza cíclica de la vida.

¿Son posibles otras bioquímicas?

Entonces, si el carbono puede formar los elementos básicos de la vida porque se une fácilmente con otros elementos, ¿hay otros elementos capaces de realizar la misma tarea? Da la casualidad de que, si bien el carbono se adapta bien a esta tarea, no está solo. Tenga en cuenta que todo esto es completamente teórico, pero ¿qué es la ciencia sino hacer preguntas para ver si algo es posible?

Silicio

El silicio se encuentra en la tabla periódica de elementos justo debajo del carbono. Suele ser el elemento citado con más frecuencia cuando la gente habla de otras posibles formas de vida. La razón de esto es que el silicio imita al carbono de muchas maneras cuando se trata de formar moléculas. No es tan bueno para formar vínculos complicados con otros elementos, pero sigue siendo bastante bueno.

Estructuralmente, muchos enlaces y moléculas de silicio se parecen a los formados con carbono. El silicio también puede formar fuertes enlaces con el oxígeno, lo que sería esencial para crear los elementos de la vida, al menos tal como los entendemos. Pero esto también tiene algunos inconvenientes potenciales.

No todos los enlaces de silicona serán tan fuertes como los enlaces de carbono. El silicio es ideal para altas temperaturas, pero a temperaturas superficiales normales en la tierra, Los enlaces de carbono son mucho más fuertes.. Además, los átomos de silicio son mucho más grandes que los átomos de carbono. Eso los hace un poco desgarbados en ciertas moléculas y reduce el potencial de crear algunos de los polímeros más complicados que produce el carbono.

Los investigadores han logrado manipular microbios en laboratorios para crear compuestos orgánicos a partir de silicio, algo que no sucede normalmente en la naturaleza. Esto da mucha fuerza a la idea de que quizás algún día podamos descubrir vida de silicio en el universo.

Metano

Un poco más teórica que el silicio es la idea de potencial. formas de vida basadas en metano. Aquí es donde las cosas se vuelven mucho más científicas y difíciles de entender. Al menos el carbono y el silicio son elementos únicos. El metano es una molécula hecha de carbono y oxígeno, así que ¿tal vez esto sea técnicamente otra vez vida basada en el carbono? Sin embargo, el metano no es algo en lo que la mayoría de la vida en la Tierra pueda prosperar. Ciertamente no querrás estar tratando de inhalarlo todo el tiempo.

Los investigadores de la NASA que estudiaban una de las lunas de Saturno, Titán, descubrieron cianuro de vinilo en la atmósfera. Creen que este compuesto orgánico podría proporcionar membranas celulares para formas de vida basadas en metano. Probablemente se trate simplemente de vida microbiana en los océanos de metano que cubren la Luna, pero, en teoría, podría funcionar.

Las membranas de Titán tendrían que estar formadas por nitrógeno, carbono e hidrógeno a diferencia del fósforo y el oxígeno que se encuentran aquí en la Tierra.

Azufre

Los fósiles más antiguos que hemos encontrado en la Tierra datan de hace 3.400 millones de años. Eso fue cuando la vida apenas comenzaba y no teníamos un planeta que se pareciera en nada a lo que es ahora. No había oxígeno en la atmósfera, no se producía fotosíntesis para convertir el dióxido de carbono en algo respirable. El mundo era cálido, lleno de gases y extremadamente inhóspito para cualquier cosa que esté viva ahora. Entonces, ¿cómo se formó la vida en primer lugar y qué hacía?

Los fósiles descubiertos por los científicos muestran evidencia de microbios a base de azufre. Utilizaron azufre como fuente de energía que les ayudó a crecer y reproducirse. Estos fósiles también dieron cierta esperanza a la idea de algún día encontrar vida, o al menos evidencia de vida pasada, en Marte.

Además, se cree que algunos compuestos de azufre que ayudaron a sembrar la vida en la Tierra vino del espacio para empezar. Si aterrizaron aquí y dieron origen a los dinosaurios, las palomas y los futbolistas, ¿quién sabe qué habría pasado en otro planeta?

Amoníaco

Al igual que el metano, el amoníaco es otra sustancia en la que la mayoría de los seres vivos de la Tierra no prosperan, por decir lo menos. Vida basada en amoníaco Se ha teorizado pero, en este caso, se trata menos de que el amoníaco reemplace al carbono, lo cual no puede hacer ya que es una molécula y no un átomo, sino de reemplazar el agua.

El amoníaco no es del todo contrario a la vida. Producimos amoníaco en la orina, por lo que forma parte de nuestra biología aunque no se considere orgánico. Esto se debe únicamente a que es un compuesto a base de nitrógeno y no contiene carbono. La vida basada en el carbono es lo que es orgánico. Dicho esto, si pudiéramos descubrir vida no basada en carbono, habría que modificar su definición de orgánico.

Debido a que tan pocos planetas en el sistema solar, y posiblemente en el universo en general, tienen agua líquida, no es descabellado preguntarse qué otros líquidos podrían usarse todavía en la formación de vida. La vida tal como la conocemos exige agua, pero ¿quién dice que la vida tiene que ser igual que nosotros? Ahí es donde entra el amoníaco.

Hay solo tantos líquidos es probable que los encuentre en abundancia incluso en nuestro propio sistema solar. Mercurio y Venus tienen ácido sulfúrico. Si bien tenemos agua, y se ha descubierto agua en algunas lunas, es probable que los planetas más fríos tengan amoníaco, que tiene un punto de congelación más bajo. Si hace más frío, el metano se licua e incluso el nitrógeno puede estar presente en forma líquida en los confines externos del sistema.

El hecho de que haya una prensa líquida no significa que pueda funcionar en una forma de vida. Debe cumplir una serie de criterios, entre ellos si funciona como disolvente, tiene baja viscosidad, modera bien la temperatura y otros factores. Teniendo en cuenta todo lo que hay que tener en cuenta, si eliminamos el agua líquida que, como sabemos, es ideal, el amoníaco es nuestra siguiente mejor opción.

El amoníaco es la cuarta molécula más abundante del universo y es químicamente muy similar al agua. No se encuentra con el agua cara a cara en todas las formas en que necesitamos un solvente vital para operar, pero también basamos nuestro conocimiento en lo que sabemos y hemos visto, por lo que es difícil saber si nos faltan detalles o no. .

Collar Cósmico Vida

Hay otra teoría sobre cómo podría formarse vida en algún lugar del universo que deja la idea de vida basada en carbono en el espejo retrovisor. Esto va incluso más allá de la idea de vida basada en silicio, vida basada en amoníaco o algo así. Esto es vida del collar cósmico, y es el más extremo de los extremos.

Si consideras lo que sabes sobre la vida extrema en la Tierra, es posible que se te ocurra algo como el tardígrado. Estos pequeños organismos diminutos pueden existir en condiciones de frío extremo, calor extremo e incluso el vacío del espacio. También hay formas de vida que existen en entornos increíblemente calientes y tóxicos. respiraderos hidrotermales que están en erupción en el fondo del océano. Aunque estas cosas son atípicas, muestran que hay ocasiones en las que la vida puede florecer de maneras que desafían nuestras expectativas. Donde el 99,9% de todo lo demás moriría, estas cosas viven tan felices como las almejas. Ahora imaginemos eso a escala cósmica.

Si eliminamos lo que creemos saber sobre lo que es necesario para la vida, que es esencialmente carbono, oxígeno, agua, la gravedad adecuada, la distancia adecuada de una estrella, podemos empezar a buscar en algunos lugares realmente exóticos. Como dentro de las propias estrellas.

Son extremadamente teóricas, pero la idea es que podría haber una partícula, similar al bosón de Higgs, llamada monopolo magnético. Ni siquiera sabemos todavía si esta partícula es real. Al igual que el bosón de Higgs, ha sido teórico durante mucho tiempo. Si bien finalmente se demostró que el bosón de Higgs era real, éste todavía se nos escapa.

Si es real, es posible que pueda enhebrar hilos cósmicos para formar estructuras similares al ADN dentro de las estrellas. Si la capacidad de replicarse está codificada en el ARN y el ADN, entonces estas partículas podrían realizar una función similar dentro de las estrellas, codificando y reproduciéndose creando un tipo de vida diferente a todo lo que existe en nuestro mundo. esto seria vida basada en partículasal menos los componentes básicos del mismo.

En cuanto a si estos collares podrían alguna vez convertirse en algo con conciencia, ahora estamos realmente en el ámbito de la especulación y ¿quién puede decirlo?