El acrilonitrilo y las posibles formas de vida basadas en el metano de Titán

Titán es el único mundo del sistema solar aparte de la Tierra con masas de líquido en su superficie. No obstante, desde el punto de vista astrobiológico su interés está por detrás de otros destinos menos exóticos como son Europa, Encélado o, incluso, Ganímedes y Calisto. ¿El motivo? Que la sustancia líquida de la superficie de Titán es metano y no agua. Y todas las formas de vida que conocemos en la Tierra están basadas en el agua. Pero precisamente por esta razón Titán es un laboratorio único que la naturaleza ha puesto a nuestra disposición para estudiar la existencia de otras formas de vida.

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Titán con sus mares y lagos del hemisferio norte iluminados en junio de 2017 vistos por la sonda Cassini (NASA/JPL-Caltech).

Sobre el potencial astrobiológico de Titán se ha hablado y escrito mucho, pero básicamente seguimos sin saber si es posible —o viable— la vida basada en el metano líquido a temperaturas de –180 ºC (no olvidemos que a menor temperatura las reacciones químicas serán mucho más lentas y la solubilidad de los reactivos desciende de forma dramática). En lo que coinciden todos los investigadores es en que encontrar algún mecanismo químico que permita la existencia de membranas o vesículas en metano líquido es un requisito esencial para la vida. La membrana es una de las partes más importantes de la célula y todo el mundo está de acuerdo en que cualquier forma de vida basada en el metano debería tener membranas al igual que las células terrestres. Y aquí es donde entra en juego el acrilonitrilo.

El acrilonitrilo, también conocido como 2-propenonitrilo o cianoetileno (CH2=CH–CN), es una molécula orgánica que ha sido identificada como equivalente a los fosfolípidos que forman las membranas bicapa de los microorganismos terrestres. Las membranas y vesículas formadas a partir del acrilonitrilo han recibido el bonito nombre de azotosomas, por el nitrógeno (también conocido históricamente como azote o ázoe). La principal diferencia de los azotosomas con las células de la Tierra, además de la temperatura, es que el agua es una molécula polar, mientras que el metano es apolar. Por este motivo las membranas de las células titánicas deberían estar ‘al revés’, es decir, con los extremos apolares de las moléculas dirigidos hacia el exterior (el metano) y los polares hacia la sección intermedia de la doble membrana. En principio se pensaba que este tipo de estructura era imposible en Titán, ya que los hidrocarburos propuestos para formar membranas son rígidos a la temperaturas que encontramos en esta luna de Saturno. Pero en 2015 un equipo de investigadores sugirió la existencia de azotosomas formados por moléculas de acrilonitrilo y causó bastante revuelo mediático.

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Estructura molecular de la membrana de un azotosoma. En D vemos un azotosoma de 90 armstrongs, el tamaño de un pequeño virus (J. Stevenson et al.).

Ahora bien, empecemos por lo más básico. ¿Existe el acrilonitrilo en Titán? Pues hasta hace poco no estábamos seguros. La sonda Cassini había detectado de forma indirecta este compuesto en la atmósfera de Titán gracias a su espectrómetro de masas (INMS), pero no podíamos afirmar a ciencia cierta que realmente estuviese allí. Afortunadamente el conjunto de radiotelescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en Chile nos ha sacado de dudas y ha confirmado recientemente que sí, que el acrilonitrilo está presente en Titán. Y en grandes cantidades.

Un grupo de investigadores con Maureen Palmer a al cabeza ha descubierto tres líneas espectrales del acrilonitrilo correspondientes a la rotación de la molécula en las frecuencias de 230 a 232 gigaherzios en observaciones de ALMA realizadas en 2014. Aparentemente el acrilonitrilo detectado se encuentra en la alta atmósfera de Titán, por encima de 200 kilómetros de altura, de acuerdo con los modelos de formación de esta molécula a partir del metano y el nitrógeno (el principal constituyente de la atmósfera de Titán) mediante la acción de la luz ultravioleta del Sol. La tasa de creación de acrilonitrilo calculada a partir de los datos de ALMA permitiría crear hasta diez millones de azotosomas por centímetro cúbico (suponiendo un tamaño medio de diez micras) en el Ligeia Mare, el segundo mar más grande de Titán después del Kraken Mare. Incluso si se da el caso de que en realidad hay menos acrilonitrilo disponible seguiríamos teniendo más que suficiente para las posibles formas de vida (como comparación, en las zonas de costa de la Tierra hay hasta un millón de bacterias por centímetro cúbico). De hecho, habría tanto acrilonitrilo que los mares de metano del hemisferio norte de Titán estarían totalmente saturados y el compuesto precipitaría hasta el fondo. Vamos, que si la vida basada en el metano no existe no será por falta de ingredientes.

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La firma espectral del acrilonitrilo en Titán detectada por ALMA (Palmer et al.).

Evidentemente, una membrana no es una célula, pero es un elemento necesario para la vida. La existencia de membranas es tan importante porque permite definir una frontera entre el medio interno y el externo de una forma de vida. Dentro de la vesícula la concentración de sustancias puede ser regulada según las necesidades del organismo y además se pueden separar físicamente a un individuo de otro, un paso esencial de cara a la competición entre organismos y, por tanto, la selección natural.

Eso sí, las formas de vida basadas en el metano de Titán deben enfrentarse, además de a unas temperaturas muy bajas, a una falta de elementos críticos para los microorganismos terrestres. Hay carbono, hidrógeno y nitrógeno en abundancia, pero prácticamente no tenemos oxígeno libre (la corteza está formada por agua, pero está en estado sólido), azufre, fósforo o, algo más grave, metales como potasio, sodio, hierro, calcio, cobre o magnesio, todos ellos oligoelementos fundamentales para la vida tal y como la conocemos (especialmente en las enzimas). En cualquier caso desconocemos si hay trazas de estos elementos, ya que para ello es necesario un análisis detallado de la superficie in situ.

Naturalmente, haya o no azotosomas, para que surja la vida necesitamos el equivalente titánico del ADN, o sea, una molécula autorreplicante capaz de transmitir la información genética. Se han propuesto moléculas de poliéteres para esta función, pero no son solubles a las temperaturas de Titán. La cuestión sigue abierta. La enorme variedad de sustancias orgánicas complejas en Titán es una ventaja en este punto. Por otro lado, más fácil resulta buscar reacciones químicas que sirvan como fuente de energía para los microorganismos. Por ejemplo, la hidrogenación del etino es una reacción especialmente favorable, capaz de liberar 334 kilojulios por mol. El etino, que también se forma en la alta atmósfera, desciende a la superficie cual maná del cielo en Titán, junto con muchísimas otras moléculas orgánicas como el acrilonitrilo. Y es que al menos la ‘comida’ para las formas de vida es gratis en Titán .

Todavía nos queda mucho por investigar para saber si la vida basada en el metano en Titán tiene alguna posibilidad o si se trata de una hipótesis hermosa, pero inviable. Sin embargo ahora sabemos gracias a ALMA que hay material de sobra para que los azotosomas sean una realidad. Un pequeño paso, sin duda, pero algo es algo.

Referencias:

21 Comentarios

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Carlos TCarlos T

Es curioso, yo hace unos 27 años trabaje en un fábrica que hacíamos acrilonitrilo (ACN). En esa empresa también se hacia metacrilato (MMA). Ahora esta cerrada, pero guardia muy buenos recuerdos de allí.

Personalmente pienso que no va a haber vida de esa forma…

Franco GuastaferroFranco Guastaferro

Poliacrilonitrilo y polimetilmetacrilato, los polímeros termoplásticos sintetizados a partir de los monómeros que mencionas.
No son lo mismo, los monómeros son moléculas pequeñas, los polímeros son muy grandes, miles de monómeros enlazados establemente.

AgüimenseAgüimense

Pues yo me he quedado un poco desconcertado e inquieto con la positividad que me parece entender que pone Daniel en su artículo. Sólamente por esto, creo que si pueda haberla en ésa forma. En cuanto al artículo, quiero felicitar a Daniel porque para que un negao cómo yo en estos temas haya sido capaz de entenderlo, muy buena debe ser la divulgación. Felicidades, y un saludo.

Fernando GeneraleFernando Generale

Que interesante, ahora no se donde mandar una sonda si encelados o Titan Ojalá salga adelante la sonda TIME por que la necesitamos urgentemente:-P

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Yo estoy con Carlos T. No habrá vida de esa forma en Titán.
No se dice pero, la teoría más plausible del inicio de la vida en la Tierra, requirie gradientes de temperatura y presión enormes. En Titán con esos lagos poco profundos y tanto frío, no lo veo.
Por otro lado está la tríada esa de la CMR (compartimento, metabolismo y replicación). Vale, la química da como posible C ese acrilonitrilo y como posible M ese etino. Imaginemos que a alguien se le ocurre otro compuesto equivalente al ADN y tienes la R. ¿Ya está?, ¿ya tienes la vida en Titán?. No. La vida es un fenómeno emergente en un sistema complejo y sólo tres componentes no te da para un sistema complejo.
Un último apunte para corregir a Daniel cuando dice: “la vesícula … un paso esencial de cara a la competición entre organismos y, por tanto, la selección natural”. La simbiosis es un mecanismo de selección natural que es justo lo opuesto a una competición entre organismos. Darwin dijo lo que dijo sin saber. Ahora que sabemos podemos decir: “la vesícula … un paso esencial de cara a la adaptación evolutiva de los organismos y, por tanto, la selección natural”.

pochimaxpochimax

Error. Hace tiempo que se especula con que mecanismos de “selección natural” funcionan incluso para discriminar entre unas vesículas de otras, y de su contenido, aunque todavía no se pudiera hablar estrictamente de vida, en ese estadio.
Supongo que también se puede aplicar a Titán.

pochimaxpochimax

Tampoco pensábamos que pudieran existir planetas más grandes que Júpiter orbitando a sus estrellas cada pocos días; no digo que esto implique que haya vida en Titán de este tipo, solo que el Universo nos depara muchas sorpresas. Mentalidad abierta.

Julio MJulio M

No tengo la menor idea de si hay vida en Titan y menos puedo especular si es posible (no tengo los conocimientos para eso), pero la falta de imaginación para crear soluciones es un problema humano y no de la naturaleza.

NoelNoel

De ahí mi división privada de los científicos entre “posibilistas” e “imposibilistas” (habrá más tipos y gradientes, pero como idea general, basta). Tú lo acabas de expresar perfectamente.

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Hay 4 comentaristas que no están de acuerdo con mi argumentación. Dejo de lado a los incapacitados para comprender lo que escribo, y me centro en los del ¿y si sí?.
Las leyes de la física son universales. Todo apunta que en Titán no hay vida. Con lo que sabemos hoy en día las probabilidades de esa vida son casi nulas. Pero … ¿y si sí?. Vale, existen posibilidades no nulas de vida en Titán o incluso en Marte. ¿Cuánto dinero de vuestro bolsillo estáis dispuestos a pagar para investigarlo?; porque lo sepáis o no, ya estáis poniendo dinero de vuestros bolsillos en estas empresas. Yo espero que tras el fracaso de la búsqueda de vida marciana, no nos vuelvan a rascar nuestro billetero en una nueva utopía titaniana.

AntonioAntonio

“Las leyes de la física son universales.”

Sí, pero “la teoría más plausible del inicio de la vida en la Tierra, requirie gradientes de temperatura y presión enormes” no es una ley física. Ni siquiera es una ley biológica. Como mucho llega a especulación.

U-95U-95

Si no en Titán, seguro que en algún lugar habrá vida que se ayude del acrilonitrilo. Los compuestos orgánicos dan mucho juego.

ZanstelZanstel

También está la interesante propuesta de que si la vida en Titan no existe, pero vemos que la química es factible, podríamos crearla en laboratorio y diseminarla por Titan.

Por supuesto en un futuro lejano cuando estemos totalmente seguros de que no habría otras formas de vida que pudieran verse dañadas por el experimento.

SBSB

Ola, no pondría la mano en el fuego por un si o un no taxativo sobre si es posible una forma de vida de características tan “sintéticas”, no olvidemos que cada pasito que damos en la exploración espacial nos depara descubrimientos que superan nuestras espectativas como ha dicho alguien más arriba. Con Titán podría haber sorpresas…

Por otro lado, no se podría en laboratorio aquí en la Tierra reproducir las condiciones de Titán y ver qué pasa?? (Aunque sabedores de que faltan muchas variables deTitán que desconocemos). En definitiva, investigar a fondo las posibilidades del acrinolitritilo como soporte de vida…

UnoquevaUnoqueva

El artículo presenta una idea interesante, pero no puedo estar más en desacuerdo con una de las premisas que plantea:

“[…] todo el mundo está de acuerdo en que cualquier forma de vida basada en el metano debería tener membranas al igual que las células terrestres.”

Esta percepción me parece muy limitada. Es cierto que la vida en la tierra está constituida por organismos que, de una forma u otra, presentan algún tipo de “cápsula contenedora”, pero tampoco es tan difícil imaginar que la vida pudiese tomar una conformación totalmente distinta. Tampoco me valdría el contraargumento de que, como definición de organismo vivo tomamos algo encerrado en una cápsula, ya que esta definición se ajusta únicamente a lo observado hasta ahora.

” para que surja la vida necesitamos el equivalente titánico del ADN, o sea, una molécula autorreplicante capaz de transmitir la información genética.”

¿Lo es? De nuevo, el ser humano concibe a los seres vivos como criaturas capaces de autoreplicarse (aproximadamente, porque los humanos tampoco nos replicamos per sé, creamos copias aproximadas a base de combinarnos unos con otros). ¿Habría que cambiar la definición si topásemos con un ente consciente, incapaz de replicarse, y que fuese capaz de persistir indefinidamente?

DiógenesDiógenes

No. Por supuesto que dicho ente estaría vivo.
Yo creo que la función mas “estricta” del DNA es almacenar información , el hecho de que se replique -y evolucione- es posterior y no necesario para la vida, si pensamos en un sentido muy genérico (demasiado genérico para mi gusto pero lo acepto), por tanto sí es necesaria una molécula que guarde información (se replique o no).
La vida tiene muchas definiciones pero -según mi criterio- la más acertada, por estricta, es la de “materia capaz de almacenar información cuyo proceso no está gobernado por el criterio de mínima energía” (de este modo se elimina a los cristales, capaces de almacenar información pero guiados por la mínima energía).
En cuanto a la presencia de una membrana sí creo que es imprescindible, de no ser así ¿como definir algo sin acotarlo para que sea distinto de su entorno? Aquí se recurre siempre a los virus como paradigma de ser “border” entre lo vivo y lo no vivo.
El metabolismo puede ser muy lento, pero eso no significa nada.

vipondiuvipondiu

A ver si al final el nombre “Kraken Mare” le vendrá como anillo al dedo y a la que mandemos un submarino allá por el 2150, se lo traga un bicho de acrilonitrilo a lo Jules Verne XD

Bromas a parte, alucino con que podamos determinar moléculas en la alta atmósfera de Titán desde un desierto en Chile. El potencial de ALMA es increíble.

AntonioAntonio

“Hay carbono, hidrógeno y nitrógeno en abundancia, pero prácticamente no tenemos oxígeno libre (la corteza está formada por agua, pero está en estado sólido), azufre, fósforo o, algo más grave, metales como potasio, sodio, hierro, calcio, cobre o magnesio, todos ellos oligoelementos fundamentales para la vida tal y como la conocemos (especialmente en las enzimas).”

Por favor, no seamos chovinistas. El oxígeno libre ha sido un veneno para la vida terrícola durante la mitad de su historia.

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