La definición de la vida: El debate aún gira alrededor del arsénico

La vida en la Tierra está compuesta por un puñado de elementos esenciales de la tabla periódica. Recientemente, un grupo de investigadores afirmó que esta lista de ingredientes debería ampliarse, al haber encontrado una bacteria que, presumiblemente, intercambia fósforo por el venenoso arsénico.

Otros científicos se muestran escépticos, pero aún así consideran la idea de cambiar las reglas del libro de la bioquímica.

El cuerpo humano contiene alrededor de 60 elementos, pero sólo un tercio de ellos se consideran necesarios para la supervivencia. Mirando a través de todas las especies, los elementos más fundamentales son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, ya que estos forman las moléculas básicas de la vida terrestre: ADN, proteínas e hidratos de carbono.

Lago Mono


Por esto es por lo que el pequeño microbio GFAJ-1, ha causado tanto revuelo. Fue aislado del Lago Mono, rico en arsénico, de California por Felisa Wolfe-Simon, del Instituto de Astrobiología de la NASA, y sus colegas. En un reciente artículo de la revista Science, los investigadores informaron de que GFAJ-1 parece que puede construir su ADN y proteínas con arsénico en zonas en las que, por lo general, tiene fósforo.

El arsénico se encuentra justo debajo del fósforo en la tabla periódica, debido a que sus composiciones químicas son similares. Pero esta es exactamente la razón por la que el arsénico es tan mortal: sustituye al fósforo en las reacciones químicas, pero los compuestos de arsénico resultantes son un pobre sustituto.

La afirmación sobre GFAJ-1 “parece ser incompatible con 150 años de comprensión de la química del arsénico”, dice William Rufus-Bains de la Rufus Scientific en Cambridge, Reino Unido y el MIT.

Muchos científicos, al igual que Bains, sostienen que GFAJ-1 sobrevive en condiciones ricas en arsénico secuestrando el elemento en algún lugar de su célula. No creen que haya suficientes elementos de juicio aún para decir si la bacteria está en realidad codificando sus genes en ADN unido por arsénico.

“El ADN de arsénico es excepcional, por lo que exige pruebas excepcionales”, dice Steve Benner de la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada.

Sin embargo, Benner y Bains no son inmunes a la idea de una vida escrita con una fórmula química diferente. Simplemente creen que es probable que ocurra en un mundo completamente diferente.

La bioquímica en Titán

Benner, por su parte, ha tratado de fabricar ADN de arsénico en el laboratorio, pero sin suerte. Culpa al hecho de que los ésteres de arsénico se rompen mil billones de veces más rápido que los ésteres de fósforo. (Estos ésteres son necesarios para la columna vertebral del ADN.)

Sin embargo, esto no descarta completamente el papel del arsénico en la biología. En la luna Titán de Saturno, donde las temperaturas rondan los -180 grados Celsius, el arsénico podría hacer una buena sustitución.

“Las moléculas que contienen fósforo serían muy estables en Titán”, dice Benner. “La reactividad del arsénico, en este caso, se convierte en una virtud.”

Titán tiene otras propiedades que lo convierten en un interesante banco de pruebas para las teorías alternativas sobre la vida. Dirk Schulze-Makuch de la Universidad Estatal de Washington ha considerado los lagos de metano y etano líquido que salpican el paisaje de Titán.

“Podemos preguntarnos: ¿qué podría vivir allí?” dice Schulze-Makuch. “¿Cómo de diferente puede ser la vida?”

El metano a menudo ha sido considerado como un posible sustituto para el agua como líquido para mantener la vida. Las grandes moléculas complejas a menudo se desintegran en el agua, pero eso es un problema menor en el metano y otros solventes hidrocarburos, explica Schulze-Makuch. Otra diferencia es que el carbono podría no ser el único elemento a elegir.

“El silicio funciona muy bien con el metano”, comenta Schulze-Makuch.

El silicio se encuentra por debajo del carbono en la tabla periódica, por lo que puede formar muchas de las mismas estructuras moleculares complejas por las que es famoso el carbono.

El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza de la Tierra (superando en número a los átomos de carbono en un factor de 1000), y sin embargo ninguno de nuestros vecinos son formas de vida basadas en el silicio. La razón es que el silicio normalmente forma óxidos de silicio en el agua, y con el tiempo estos óxidos se convierten en roca, que es un callejón sin salida para la bioquímica del silicio.

Sin embargo, en un paisaje frío donde el agua se congela, se pueden imaginar análogos de silicio de nuestros productos bioquímicos surgiendo a partir de una sopa primordial de metano o nitrógeno líquido. Bains está actualmente estudiando esta posibilidad.

Extremos de habitabilidad

Todo esto es terreno conocido para los fans de Star Trek. En el episodio de 1967 “Devil in the Dark”, el Dr. Spock se hace amigo de una forma de vida basada en silicio llamada Horta.

Un intento aún anterior de imaginar los límites de la bioquímica alienígena fue la novela de 1953 de ciencia ficción Iceworld de Hal Clement, en la que un planeta súper-caliente alberga vida que respira azufre gaseoso y bebe cloruro de cobre.

Ahora tenemos la prueba de que existen planetas súper-calientes como éste y son, tal vez, muy comunes. El primer exoplaneta rocoso confirmado, Kepler 10b, orbita tan cerca de su estrella madre que las temperaturas de la superficie se estima que se elevan por encima de 1000 grados Celsius, lo suficiente como para fundir el hierro.

“¿Es razonable buscar vida en el lado diurno de Kepler 10b?”, pregunta Bains. Él no cree que lo sea, pero evaluar la vida en ambientes aparentemente imposibles puede ayudar a los astrobiólogos a reducir su búsqueda.

“Si gente como yo puede gastar unas cuantas personas-año tratando de averiguar si es imposible o no la vida en Plutón, y ahorrar a los astrónomos observacionales años de trabajo y cientos de millones de dólares a la NASA en nuevos satélites que la busquen, parece un esfuerzo que vale la pena hacer”, comenta Bains.

Remodelando la cubierta de la química

Además del silicio, también se han considerado otros intercambios de elementos. Una combinación de nitrógeno y el fósforo pueden formar un conjunto diverso de moléculas de cadena larga y, por lo tanto, podrían reemplazar al carbono en, por ejemplo, un planeta con una atmósfera de amoniaco. El boro, también tiene propiedades similares a las del carbono, pero hay relativamente poco de este elemento ligero en el universo.

El papel del oxígeno en la química orgánica podría ser llenado por el cloro o el azufre. De hecho, algunos microbios se sabe que reemplazan de vez en cuando un de oxígeno de su ADN con azufre. Lo que es aún más común es que el propio azufre pierda su lugar por el selenio en algunas proteínas en particular.

Sin embargo, Bains y Schulze-Makuch hacen hincapié en que el intercambio que los científicos han observado en la biología de la Tierra sólo es ocasional. Ninguno de estos organismos podría sobrevivir a una sustitución completa. Como cuestión de hecho, los experimentos han demostrado que la sustitución del hidrógeno por su isótopo el deuterio enfermaría a un microbio e incluso mataría a un animal más grande. Esto es algo sorprendente, ya que el deuterio tiene esencialmente las mismas propiedades químicas que el hidrógeno.

“Cualquier intercambio de elementos tiene que venir acompañado de cambios importantes en todo lo demás”, dice Benner.

Así que si vas a soñar con su hipotética bioquímica, tienes que empezar de cero y demostrar cómo pueden unirse los ingredientes elementales para hacer un conjunto diverso de moléculas grandes con las que la evolución pueda jugar.

“Debemos tener la mente muy abierta dado que sólo conocemos un tipo de vida”, señala Schulze-Makuch. “No vamos a sacar nada fuera de la lista todavía”.


Autor: Michael Schirber
Fecha Original: 18 de febrero de 2011
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Comments (9)

  1. [...] This post was mentioned on Twitter by Ciências Exactas, Sucette D´Ment, S.Astronómica Puebla, David Díaz Sesé, Ignacio Zamora and others. Ignacio Zamora said: RT @Ciencias_es: La definición de la vida: El debate aún gira alrededor del arsénico http://bit.ly/gghfNI [...]

  2. Pablo Pichaco

    Buenas, lo primero felicitaros por vuestro trabajo y animaros para que sigais con él. Es necesario en este dichoso país. Y que voceeis dicho trabajo, que twitter va de maravilla.
    Bajo mi humilde opinión pienso que GFAJ-1 ha sido un descubrimiento más dentro de Halomonadaceae, de momento. Habrá que secuenciar su genoma, estudiarlo convenientemente y comprobar si ese uso del arseniato ha sido producto de una adaptación puntual o bien es un mecanismo evolutivo.
    El trabajo de Wolfe-Simon por otra parte deja mucho que desear respecto a cómo ha determinado el arseniato. La cantidad de fósforo además no es siempre el mismo en el ciclo de vida celular. Además parte de ese arsénico se ha encontrado en estructuras celulares propias de productos tóxicos. Si a esto le sumamos que la reproductibilidad del experimento y las numerosas lagunas que dicen que tiene a la hora de cuantificar el arseniato, es normal que haya muchas personas excépticas con el tema. Además, la NASA necesita pasta, ¿no? también puede que influya en todo lo que está sucediendo.
    En síntesis, parece que son bacterias que se adaptaron al arseniato de alguna manera por unas condiciones forzadas de ausencia de fósforo, y como los responsables del trabajo lo enfocan en el contexto de la astrobiología, este descubrimiento obliga a replantearse la búsqueda de vida en otros planetas en sitios donde no se consideran compatibles con la vida.
    Un saludo, lo siento por la extensión y espero que me pongais a parir mi comentario, así nos ilustramos todos.

    • aloctavodia

      No entedí que quieres decir con “comprobar si ese uso del arseniato ha sido producto de una adaptación puntual o bien es un mecanismo evolutivo.” y tampoco entiendo por que sería necesario secuenciar el genoma de GFAJ-1 para demostrar si usa o no arsénico, no sería más facil y contundente obtener uan estructura cristalogŕafica de una porción de ADN arseniado?… u otro tipo de experimento?..
      Por otro lado creo que si bien ninguna de las pruebas realizadas por Felisa Wolf-Simons y sus colaboradores es concluyente, todas las pruebas juntas son al menos convincentes (de todas formas estoy de acuerdo con que esos resutados necesitan ser replicados antes de poder asegurar nada).
      La NASA necesitea pasta, es acertado, pero no creo que ese factor haya sido determinante en los resultados del paper sino que solo influyó en la forma en que se presentaron los resultados; con demasiada pompa para mi gusto.
      Saludos

      • Pablo Pichaco

        Por adaptación o mecanismo evolutivo me refiero a qué hace la bacteria en circunstancias normales: si emplea fósforo o emplea arseniato. Y la secuenciación sí es aconsejable porque muchos mecanismos de este tipo son regulado por operones (como el lac de Escherichia coli). Que consigas cristalizar el ADN con arseniato no te dice por qué está ese arseniato en la estructura.
        Respecto a las pruebas, no coincido en que sean concluyentes: la cuantificación ha sido cuando menos confusa: han empleado dos técnicas diferentes (para identificar átomos extrayendo el ADN con técnicas low-tech), y, recordemos, que si la reproductibilidad de ese experimento no es posible por parte de un grupo independiente al de la señora Wolfe-Simon, pues de momento poco podemos hacer.
        Tampoco explican por qué la bacteria, si emplea el arseniato como base para sus biomoléculas, lo almacene en gránulos donde se almacenan sustancias tóxicas.
        Después de hablar de todo esto, a uno le entran ganas de tirar de talonario millonario, irse al lago Mono, coger unos cuantos kilos de bacterias y ponerse a investigar, cagon la leche.
        Un saludo

  3. [...] La definición de la vida: El debate aún gira alrededor del arsénico http://www.cienciakanija.com/2011/02/19/la-definicion-de-la-vida…  por hugamen hace 3 segundos [...]

  4. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: La vida en la Tierra está compuesta por un puñado de elementos esenciales de la tabla periódica. Recientemente, un grupo de investigadores afirmó que esta lista de ingredientes debería ampliarse, al haber encontrado una ……

  5. jurl

    No, no es sorprendente lo del deuterio. Tiene la misma corteza electrónica, pero pesa el doble, sus propiedades físicas son diferentes (el agua pesada es mucho más densa y suma y sigue) y un esqueleto hidrocarbonado deuterado pasa a tener una masa molecular significativamente más alta, lo que debe afectar a la larga al metabolismo (por no hablar que las propiedades magnéticas son diferentes, signifique esto lo que pudiese significar, que hasta donde yo sé, esto es significativo en espectroscopía pero a nadie se le ha ocurrido nunca comprobar si es significativo en rendimiento enzimático, biológico, claro, por ejemplo, entre otras supongo que porque es caro crear estructuras totalmente deuteradas). Los mecanismos sutiles funcionan a partir de diferencias que se podría pensar irrelevantes, pero las cosas no son así.

    La cuestión es que este debate no está siquiera precipitado xD (en su sentido químico). Si se trata de hablar de lo elástica que podría llegar a ser la química terrícola (si es que es terrícola), es una cosa, si se trata de hablar de bioquímicas exóticas, es otro debate. En el segundo caso, estoy de acuerdo con el artículo: ni sabemos nada, ni tenemos la más repajolera idea de cómo podrían ser, y seguramente que lo que sabemos estorba más que ayuda.

  6. Apodemus

    “Debemos tener la mente muy abierta dado que sólo conocemos un tipo de vida”

    Esta frase parece contener el mensaje subliminal de que “existen otros tipos de vida que no conocemos”, y por ello no me parece una afirmación muy afortunada.
    Lo cierto es que en el momento actual y con los conocimientos actuales ese tipo de vida es la única que nos consta que existe. Todo lo demás, en mi modesta opinión, son meras elucubraciones sin apoyatura científica.

  7. Tojeiro

    Y mas importante aún, el conocimiento que tenemos sobre la vida puede llevarnos a emular otros sistemas que son posibles pero que no se hayan dado.
    Tal vez no haya vida ahí fuera basada en algunos elementos en concreto pero con nuestro conocimiento igual conseguimos dar con una combinación que si que sea compatible aunque no se encuentre en la naturaleza.

    En cierta forma ya lo hacemos, solo tenemos que ver lo que llamamos tecnología, modelos funcionales que simplemente imitan a la naturaleza e incluso reutilizan conceptos nacidos de ella con nuevos agentes y funciones.

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