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¿Puede existir la vida basada en el silicio?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General    ~    Comentarios Comments (5)

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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.

 

Tabla periódica, silicio

 

 

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.

 

 

 

Con el conocimiento de que el carbono y el silicio tiene propiedades químicas similares y que el silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (mucho más abundante que el carbono), hay que preguntarse no sólo si la vida de silicio puede existir sino también por qué no existe ya, al menos en nuestras condiciones ambientales.  La respuesta según Nicholas Linn se encuentra principalmente en el tamaño y la diferencia entre la energía de los orbitales de los átomos de carbono y los átomos de silicio.

Un átomo de silicio tiene 8 electrones más que un átomo de carbono y el tamaño de enlace homogéneo es de 235 pm a comparación de los 77 pm del carbono. La nube electrónica más grande del silicio hace que los electrones de valencia tengan mayor energía, así los enlaces del silicio generalmente son más débiles que los del carbono.  Esta diferencia por sí sola es suficiente para explicar por qué el carbono crea vida y el silicio crea rocas, al menos en las condiciones éstandares de la Tierra.

Usando el software de modelamiento molecular y química computacional  PC Spartan Pro v5.1, Nicholas Linn de la Universidad de Carolina del Norte realizó experimentos  para determinar que o bien las diferencias entre el carbono y el silicio se pueden superar o que las propiedades químicas del silicio simplemente no son aptas para la formación de cualquier vida.

Una comparación de carbono y el silicio se elaboró y las propiedades de cada uno fueron probados. Ejecutando un alto nivel de cálculo (densidad funcional), la aplicación Spartan optimizó las geometrías de las  moléculas, calculados energías totales y rastreando las superficies de densidad de los enlaces en isovalores estándar (.08 electrones / ų ). A través de estos métodos, la estabilidad y las interacciones del silicio y el carbono en las moléculas de tipo orgánico puede ser investigado empíricamente y la viabilidad de la vida a base de silicio puede ser determinada.

 

Los Resultados de Linn

Linn realizó diferentes experimentos comparando las moléculas de carbono reales con las moléculas de sílicio teóricas de la misma estructura. El primero tenía que ver con el modelamiento de la molécula de etino más conocida como acetileno, el alquino más sencillo.

 

 

 

 

C2H2 es una molécula de carbono simple con un enlace triple, la molécula de carbono más simple conteniendo un triple enlace. La versión de silicio produjo una molécula con mas de una sexta parte de la energía de la molécula de carbono y con una densidad electrónica baja en la región del enlace triple, sugiriendo un compuesto altamente inestable y debilmente enlazado.Un ensayo similar realizó con el eteno o etileno.

 

 

El compuesto de silicio tenía una muy alta energía y una baja densidad electrónica en el área de enlace, lo que sugiere que los enlaces dobles de silicio son muy débiles y que probablemente el silicio no forma dobles enlaces.

El tercer experimento consistía en modelar un anillo de benceno (C6H6), con átomos de silicio. Los anillos de benceno se producen en casi todas las grandes moléculas orgánicas no polimerizadas como los grupos fenilo y alteran a nivel crítico las propiedades moleculares.

 

Nuevamente, los resultados indican que el silicio no puede formar estructuras como lo hace el carbono. El ángulo del enlace Si-Si-H es demasiado agudo y es muy probable que no sea estable. Debido a que el átomo de silicio es mayor que el de carbono, no puede duplicar la unión π del carbono, que es necesaria para estabilizar los electrones deslocalizados en C6H6 y mantener la estructura de resonancia del anillo. Los resultados sugieren que el silicio no puede formar un anillo estable de seis miembros.

 

Otro experimento realizado ponía a prueba la creación de productos del proceso de respiración. En la respiación normal, la reacción

C6H12O6 + 6O2 —> 6CO2 + 6H2O + energía

ocurre. El  CO producido es una sustancia de desecho gaseosa que es fácil de excretar. Si esta reacción ocurriera con el silicio, se produciriía SiO­2 . Cuando fue modelado, el SiO­formaba un sólido en vez de un gas, cosa que no es fácil de remover de un organismo.

 

Como el silicio tiene una alta afinidad por el oxígeno, estos sólidos se producirían con frecuencia, creando a una criatura bastante frágil. Ambos detalles complicarían severamente la fisiología de un organismo.

 

Otros anillos podrían sustituir al benceno, tales como las estructuras heterogéneas modelados a continuación, aunque tampoco se forman bien. Estas moléculas tenían altas energías y baja densidad en torno a los átomos de silicio, sin embargo las densidades individuales de los enlacees eran lo suficientemente altas como para que una molécula puede ser sostenida en condiciones apropiadas (anillo de densidad de C4O de comparación).

 

La incapacidad del silicio para formar cadenas mas largas se evidencia abajo.

 

 La densidad del enlace en las cadenas de silicio son muy bajas  para sustentar el polímero. Sin este tipo de cadenas, algunas moléculas indispensables como la glucosa y varios ácidos grasos no existirían para que un organismo las utilice.

 

Pero algo de evidencia empírica existente sustenta la posibilidad de que exista la vida basada en el silicio:

 

El silicio puede formar cadenas estables con un híbrido de silicio y carbono.

El siliciotambién interacciona con ácido fluorhídrico (un ácido débil), una sustancia que podría ser usada como solvente para separar moléculas específicas; el agua actúa de manera similar en la vida de plantas y animales ordenando varias vitaminas  basadas en su solubilidad.

 

Estructuras porosas llamadas “zeolitas”, que son combinaciones de metaloides tipo minerales, como el silicio, pueden actuar como membranas semipermeables (como paredes de las células), lo que permite que ciertas moléculas pasen a través mientras que otras no. La  zeolita en la parte inferior izquierda está transportando una molécula de xileno.

 Después de revisar las propiedades del sílicio, es muy poco probable que exista vida basada en el silicio,  al menos en las condiciones terrestres en las que hay vida como la conocemos. Simplemente el silicio no puede formar tanta diversidad de moléculas como lo hace el carbono bajo las condiciones naturales actuales, sin embargo el silicio tiene algunas propiedades que el carbono no posee. Tal vez en algún recóndito lugar del Universo es probable que pueda haberse desarrollado alguna forma de vida basada en el silicio. Como propuso el Dr. Thomas Gold, tal vez sea bajo condiciones de temperatura extrema, o quién sabe. Espero que un día seamos lo suficientemente afortunados como para encontrarla, si no es aquí en la Tierra, en otro lugar.

Por mi parte me alegro de estar compuesto de carbono, un organismo compuesto de silicio se vería masomenos así según Dickinson y Schaller:

La vida basada en el silicio podría ser como cristales animados, como en este dibujo de Dickinson y Schaller. Los elementos estructurales, como fibra de vidrio, conectadas por elementos tensores para crear estructuras flexibles y delicadas.

Sinceramente creo que se vería bien como mascota.

Bueno, hasta aquí el post, algo largo, pero creo que interesante.
A darle Biotecnología!

Hasta la próxima!

Referencias bibliográficas

  1. Linn, N. 2001. Can Silicon based life exist?. Summer Ventures in Science and Mathematics. UNC, Charlotte.
  2. ATS. 2004. Silicon-based life. Is silicon-based life similar to terrestrial life possible?
  3. Silicon-based life.                                                                                                                         En:  http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/siliconlife.html (14/02/13)

 

 

 

  1. 1
    Emilio Silvera
    el 24 de enero del 2015 a las 7:49

    Esta podría ser una buena respuesta a tal dilema de si existe o no la vida de silicio.

     

     

     
    SERES VIVOS DE SILICIO

    Las historias de ciencia ficción en las cuales se sugiere la existencia de seres vivos construidos de silicio en vez del carbono han proliferado desde hace varias décadas, por ejemplo, en los argumentos de muchas películas y series de TV. La idea no es nueva, pues esta se originó en 1891 (¡!), cuando Julio Sheiner escribió sobre la posibilidad de vida extraterrestre fundada en el Silicio.

    Desde entonces, muchos soñadores han soñado acerca de seres vivos hechos de diversos materiales extraños. Incluso se han publicado muchos artículos en magazines científicos que hablan de las posibilidades del Silicio como bloque de construcción alternativo de los seres extraterrestres. La pregunta es si es posible la existencia de organismos vivos hechos de Sílice en nuestro universo. La verdad (y pido perdón a los que lo han tomado muy en serio), a menudo, me río de las discusiones de los siliconistas. Vea Usted porqué:

    1. Si fuésemos organismos hechos de Silicio, tendríamos que comernos a otros organismos hechos del Silicio. Ahora, piense en qué y cómo defecaríamos. A menos que fuéramos sistemas termodinámicos 100% eficientes -algo imposible de conseguir en este universo- sería extremadamente duro para nosotros el paso de “esos cristales” a través de “esas suaves membranas intestinales”.

    2. Si oxidáramos a una molécula de Silicio el resultado sería Dióxido de Silicio. ¿Cómo eliminaríamos los cristales de dióxido de silicio (¡cuarzo!) de nuestras células?

    3. Solamente las moléculas construidas con Carbono pueden experimentar las interacciones entre las partículas con carga a través de los fotones para impulsar la energía a partir de una a otra MOLÉCULAS ORGÁNICAS, es decir, moléculas hechas de Carbono para transferir la energía interna de las células de forma autónoma. Así es que bajo ninguna circunstancia las moléculas hechas con Silicio podrían formar membranas que pudieran experimentar la Fuerza Motriz Protónica, por lo tanto, tampoco experimentarían vida.

    4. Ahora, considere el problema ineludible de la diversidad de las proteínas… Necesitamos proteínas para cada uno y para todos los procesos realizados por nuestro cuerpo. Si no hubiera proteínas, no habría pensamientos, no habría reproducción, no habría movilidad, no habría respiración, no habría fotosíntesis, no habría ARN y ADN, no habría réplica del ADN, no habría… seres vivientes. ¿Usted conoce alguna enzima hecha con cadenas de Silicio? Es tan simple.

    5. Finalmente, ¿ha considerado usted el hecho de que no hay demasiada variedad de compuestos hechos con silicio en el universo observado? En un modelo muy convencional, la evolución necesitaría más de diez trillones de modificaciones localizadas en las moléculas de ADN para producir la biodiversidad actual (yo creo que estos cálculos se quedaron muy cortos). No hay una sola molécula del silicio que puede compararse con la del ADN o con la de ARN.

    6. La primera discusión de los siliconistas es que, similar al Carbono, el Silicio tiene cuatro electrones de valencia, denotando que el Silicio puede ligarse a otros cuatro átomos. Sin embargo, El silicio tiene ocho electrones más que el carbono (dos en el primer nivel de energía, ocho en el segundo y cuatro en el tercero), lo cual hace que el Silicio forme compuestos complejos altamente inestables. Además, los compuestos basados en el Silicio que se han comparado con los compuestos hechos con Carbono se han sintetizado siempre artificialmente, o sea que su síntesis a sido forzada. No hay síntesis espontánea de tales compuestos en la naturaleza.

    7. La discusión principal de los siliconistas es que el Silicio se encuentra al lado del Carbono en la tabla periódica de los elementos químicos. El Boro, el Nitrógeno, el Fósforo y el Aluminio también están a un lado del  carbono en la tabla periódica, y nadie ha pensado en vida basada en cualquiera de esos elementos. La situación difícil aquí es que el Silicio es un metaloide, mientras que el Carbono es un elemento no-metálico. No hay una comparación viable entre las propiedades químicas del Carbono y del Silicio.

    8. Otro argumento de los siliconistas es que el Silicio puede formar un compuesto que actúa como “una clase de membrana semipermeable”, muy similar a las membranas formadas con compuestos orgánicos porque deja pasar algunas substancias y evita el paso de otras. A los siliconistas se les olvidó que hay varias clases de membranas formadas con compuestos carbonaceos. Una membrana bacteriana no es igual a una membrana de una cianobacteria, o a una membrana vegetal, o a una animal. Una membrana plasmática no es igual a una membrana nuclear, a una membrana de cloroplastos o a una membrana mitocondrial. También se les olvidó que la vida es un estado de la energía que se manifiesta como la Fuerza Motriz Protónica que únicamente puede realizarse en membranas hechas con Carbono. Recuerde toda la parafernalia de substancias que se requieren para que este estado de la energía se conserve. El Silicio no posee esa propiedad fisicoquímica, ni la flexibilidad, ni la versatilidad del Carbono para formar espontáneamente esta gran diversidad de productos altamente estables necesarios para que se establezca el potencial de membrana.

    La naturaleza tiende a moverse por el camino más espontáneo, aunque ese camino no sea el más simple. Si en el universo fuera posible la síntesis espontánea de seres vivientes hechos con Silicio, la tierra los tendría. Es tan directo.

    Los inventores de la vida basada en el Silicio deben solucionar numerosos rompecabezas antes de decir incoherencias. El disparate más grande de esta… alucinación… es que si hubiera seres vivos sintetizados con Silicio, sus procesos serían tan diferentes de los procesos realizados por los seres vivos hechos con Carbono que no habría una manera de saber acerca de su existencia, ni usando lo mejor de nuestros métodos de detección de actividad metabólica.

    ¿Desea Usted conocer a un animal hecho de Silicio? Bob Esponja es un animal hecho de silicio. ¡No se ría! Si Bob Esponja perteneciera a un grupo de animales llamado Phylum Porifera (esponjas) y al orden Demospongia, entonces el esqueleto de Bob estaría formado de muchas pequeñas espinas entramadas llamadas espículas, las cuales estarían hechas de Silicio. Las espículas de muchas esponjas están hechas con Silicio. Sin embargo, las células realmente vivas de Bob Esponja estarían hechas con Carbono, por lo que no habría un solo proceso metabólico en donde Bob tuviera qué utilizar el Silicio para estar vivo; lo que es más, si Bob perteneciera al género Oscarella, entonces Bob no necesitaría de un esqueleto.

    Esto de los siliconistas me suena a Vitalismo (vitalistas colados). Los vitalistas piensan que la vida es algo que puede transferirse o infundirse en cualquier clase de material. A diferencia de los vitalistas, nosotros sabemos que la vida es tan sólo un estado de la energía que solamente puede ser experimentado por un arreglo molecular específico.

    Si, la vida puede ser experimentada en cualquier parte del Universo en donde las condiciones sean propicias para ello; sin embargo, no cualquier clase de arreglo molecular puede experimentar la vida. En esto último las cosas son muy específicas. ¡QUÉ DESBARAJUSTE! ¡Los Siliconistas han arrojado las leyes fisicoquímicas a la basura! ¡Y NO VENGAN CON QUE LAS GRANDES IDEAS SIEMPRE HAN ESTADO CONTRA LAS LEYES! Sí, contra las leyes de las sociedades humanas, pero las leyes fisicoquímicas del universo son inviolables ¿De acuerdo? SE TE AUTORIZA A REÍRTE DE MÍ SI ALGÚN DÍA LOS CIENTÍFICOS ENCUENTRAN FORMAS VIVIENTES HECHAS CON SILICÓN. POR LO PRONTO, YO ME RÍO DE LAS IDEAS DE LOS SILICONISTAS…

    Autor: Biól. Nasif Nahle

    Responder
  2. 2
    Adolfo
    el 24 de enero del 2015 a las 18:22

    ¡Hola, Emilio..!

    Para resolver los interrogantes que has planteado como objeciones a una vida basada en el silicio, pienso, que aquí es donde el exhorto¡¡¡TO THINK OUT THE BOX!!! cobra especial importancia.

    ¿Qué te hace pensar que organismos basados en el silicio han de tener que vérselas con procesos tan tediosos como el digestivo (con todos sus subprocesos), reproductivo, etc.? ¿Por qué, en su estructura deberían disponer, quizá de un Sistema Nervioso Central y otro Periférico? ¿Y otro respiratorio? etc.

    Por ejemplo, por cuanto se refiere al sistema de reproducción, supongamos que tenemos una criatura cristalina que crece como cualquier cristal haría (incorporando moléculas flotantes en el entorno en el cual viviera). Para reproducirse podría (de alguna manera) en su medio ambiente inducir una diferencia de potencial que condujera a la producción de un rayo y ese rayo partiera el cristal a la mitad ó en varios (n >  2) trozos. Cada trozo podría vivir, crecer y reproducirse a su antojo.

    Atentamente… 

    Responder
    • 2.1
      Emilio Silvera
      el 25 de enero del 2015 a las 7:42

      Sí, amigo Adolfo, tal como hemos podido constatar más de una vez (cientos y miles), debemos elegir la tendencia a !Pensar fuera de la Caja! Descubir nuevos caminos, nuevas formas de entender las cosas y, sobre todo, ser cauto y no decir que no a nada, cualquier cosa podría suceder, ser cierta o existir aunque, en nuestro mundo, no la podamos contemplar. Sin embargo, mi reflexión sobre el Carbono y el Silicio en relación a la vida, es simplemente, una deducción lógica que se deriva del conocimiento que lo que de esos dos elementos se puede esperar, de sus comportamientos y posibilidades físicas a la hora de hacer una u otra cosa. En el caso de la vida, veo que el Silicio está muy limitado pero… ¡Negar que pudiera ser… no lo niego!

      Entre otrtas razones porque no tengo la sabiduría suficiente para afirmar nada en tal sentido y, en ese caso, sólo me queda exponer lo que pienso al respecto que, no niego que tal reflexión la esté emitiendo desde “Dentro de la Caja” y, precisamente, por tal razón, me sale como me sale, es decir, arraigada en el pensamiento clásico y sin dejar que el futuro se haga dueño de la situación.

      ¿Quién nos diría que podían existir planetas de diamantes? Te acuerdas de aquella noticias:

      Allápor el mes de Octubre de 2012 los medios anunciaron la existencia de un planeta, 55 Cancri que era un planeta de diamante que orbitaba una estrella como el Sol. Son planetas muy ricos en Carbono y muy pobres en oxígeno. Así, la Naturaleza nos puede dar sorpresas continuamente y, siendo el Universo para nosotros “casi infinito”, ¿quién sabe lo por ahí fuera nos podremos encontrar? Es arriegado negar nada, después de haber descubiertos púlsares, agujeros negros y lo que hacen las estrellas en sus núcleos atómicos con la materia… ¡Todo podría ser posible!

      Claro que, no podemos perder de vista en el Universo en el que estamos y las leyes que lo rigen que, como nos dijo el amigo Einstein, son iguales en todas partes y, si eso es así (como parece que es), lo que pasa aquí pasará allí y en cualquier otro lugar y, si la vida de Silicio existe en el Universo, seguro que está aquí con nosotros pero, es una clase de vida que ni podemos dertectar.

      Un saludo cordial amigo mío.

       

      Responder
  3. 3
    Adolfo
    el 7 de abril del 2017 a las 2:19

    Pero diganme si pongo la interrogante de existe vida en otros planetas ademas del silicio digamos q si es que hay seres con capacidades de poder sobrevivir sin este elemento o el carbono cual podría ser dicho elemento

    Responder
  4. 4
    Emilio Silvera
    el 7 de abril del 2017 a las 5:01

    Amigo mío, no tengo ni la menor idea de qué otro elemento podría ser idóneo para conformar otras clases de vida. Lo único que sabemos (por tenerlo aquí en la Tierra –todos los seres vivos que conocemos están basados en el carbono-), es que otros elementos no tienen las propiedades del carbono para que puedan formar la vida. En nuestro Universo, cualquier cosa que imaginemos podría estar en él presente. Simplemente con mirar en nuestro propio mundo y ver el dominio de los extremófilos y ver cómo pueden vivir… Ya es maravilla más que suficiente como para no negar nada de lo que podamos imaginar.

     

    Saludos.

    Responder

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