Algunos extraterrestres podrían necesitar ácido sulfúrico como nosotros necesitamos agua

Incluso la química orgánica muy compleja es compatible con el ácido sulfúrico concentrado.

La vida tal como la conocemos necesita agua, pero la vida tal como la conocemos no puede funcionar con ácido sulfúrico concentrado.

Algunos científicos creen que podría haber vida extraterrestre en las nubes de Venus, vistas aquí por la sonda espacial japonesa Akatsuki. (Crédito de la imagen: JAXA)

La química de la vida tal como la conocemos no funcionaría en un lugar como Titán, la enorme luna de Saturno, donde hace tanto frío que el hielo se comporta más como una roca, o en las nubes ácidas de Venus . Pero una química diferente, que construyera todas las piezas necesarias a partir de materiales diferentes, podría tener una oportunidad. Imaginemos células que utilizan metano, ácido sulfúrico o incluso roca fundida de la misma manera que nuestras células utilizan el agua.

Según un estudio de 2021 realizado por el biólogo molecular William Bains del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y sus colegas, resulta que, si buscamos vida tal como la conocemos, el mejor disolvente que existe puede ser el ácido sulfúrico concentrado, el material que flota en las nubes de Venus.

Ácido sulfúrico: ¿material peligroso o disolvente para la vida?

En el nivel más básico, la vida es simplemente una serie de reacciones químicas. Esas reacciones necesitan un medio en el que se produzcan, lo que los químicos llaman disolvente: algo lo suficientemente fluido como para que las moléculas puedan flotar y mezclarse, y debe haber una gran cantidad de ese fluido en un solo lugar. Pero no cualquier líquido sirve; un disolvente también debe ayudar a descomponer y transportar las sustancias químicas que las células necesitan para vivir, sin disolver también moléculas importantes como los lípidos y los aminoácidos.

Aquí en la Tierra , el agua cumple perfectamente con los requisitos, pero puede que no sea el único líquido del universo capaz de sustentar la química de la vida. En un nuevo estudio , Bains y sus colegas clasificaron varios disolventes posibles en función de cómo interactúan con los componentes químicos básicos de la vida y de lo comunes que deberían ser en los planetas rocosos.

Los candidatos iban desde las formas líquidas de metano y etano, amoníaco y dióxido de carbono hasta posibilidades aún más extrañas como brea y roca fundida. El sorprendente campeón es una sustancia química que nosotros, los terrícolas, consideramos dolorosamente hostil a la vida: ácido sulfúrico concentrado.

"Incluso la química orgánica muy compleja es compatible con el ácido sulfúrico concentrado", dijo a Space.com el astrobiólogo del MIT Janusz Petkowski, coautor del nuevo estudio, que se publicó en diciembre en la revista Astrobiology.

Un guiño a los subcampeones

Los gélidos lagos de metano de Titán han sido un foco de especulación sobre la vida tal como la conocemos desde que la sonda Cassini de la NASA envió las primeras fotografías de ellos en 2005. El metano y el etano son gases a las temperaturas que encontramos aquí en la Tierra; para condensarse en el líquido que llena los oscuros mares de Titán , necesitan temperaturas de alrededor de -250 grados Fahrenheit (-157 Celsius). Pero en un frío tan extremo, los átomos y las moléculas se mueven lentamente, por lo que las reacciones químicas ocurren en cámara lenta, demasiado lentamente para que surja la vida, según Petkowski.

En el otro extremo del espectro, la roca fundida queda descartada porque el tremendo calor requerido para mantenerla líquida también descompone casi todas las moléculas orgánicas.

Algunas sustancias químicas, como el amoníaco, tienen todas las propiedades adecuadas para ser buenos disolventes en los que se produzca la química de la vida. Pero eso puede no importar, porque los mismos procesos que dotan de amoníaco a un planeta rocoso también es probable que lo llenen de agua, y cuando eso sucede, las dos sustancias casi inevitablemente se mezclan. Esa es una perspectiva interesante para la vida en sí misma, porque el amoníaco reduce el punto de congelación del agua, lo que abre una gama más amplia de lugares donde la vida podría sobrevivir al frío.

"Si bien el amoníaco puede desempeñar un papel más importante en la bioquímica de un exoplaneta que en la Tierra", escribieron Bains y sus colegas en su reciente artículo, "es poco probable que sea un solvente por derecho propio".

La vida en un mundo ácido

Entonces, si alguna vez los astrobiólogos encuentran vida extraterrestre con una química extraña que utiliza algún líquido distinto del agua, no es probable que sea metano, amoníaco o roca fundida, pero en algún lugar, la vida extraterrestre podría tener células llenas de ácido sulfúrico puro.

Según los modelos físicos de formación de los sistemas solares , el ácido sulfúrico debería ser bastante común en planetas rocosos como Venus, y sin duda es bueno para disolver cosas. Pero, sorprendentemente, algunos de los componentes básicos más importantes para la vida (como los aminoácidos y los lípidos) pueden flotar y realizar procesos químicos en ácido sulfúrico puro con la misma facilidad que en agua.

"Clásicamente, [el ácido sulfúrico] no se considera un gran disolvente [para la vida]", dijo a Space.com Dirk Schulze-Makuch, astrobiólogo de la Universidad Técnica de Berlín que no participó en el estudio reciente. "Sin embargo, Bains y sus coautores demostraron que una cantidad sorprendentemente grande y de diversos tipos de compuestos orgánicos son estables en ácido sulfúrico concentrado. Eso fue bastante sorprendente".

Petkowski participó en algunos experimentos recientes que descubrieron que algunos péptidos (cadenas cortas de aminoácidos) eran realmente estables en ácido sulfúrico concentrado durante meses, tan estables que, al final, los investigadores simplemente se aburrieron de las mediciones, según Petkowski. Experimentos anteriores descubrieron que 19 de los 20 aminoácidos que forman las proteínas en el cuerpo humano no se disuelven en ácido sulfúrico concentrado. Y un estudio que aún está esperando la revisión de pares descubrió que los lípidos (las moléculas que forman nuestras membranas celulares) no solo pueden resistir el ácido sulfúrico concentrado, sino que en realidad comienzan a formar pequeños sacos llenos de líquido que se parecen mucho a las vesículas, los precursores de las membranas.

¿Cómo ocurre esto? Curiosamente, la clave es el agua. El ácido sulfúrico en la Tierra suele encontrarse mezclado con agua, no en su forma pura; en realidad es agua con algo de ácido. Y en esa mezcla, el ácido sulfúrico cataliza las reacciones químicas entre el agua y los enlaces que mantienen unidos a los péptidos. Si se elimina el agua o el ácido, esas reacciones no pueden ocurrir, por lo que los péptidos son estables en cualquiera de los dos disolventes, pero no en una mezcla de los dos.

"El ácido sulfúrico concentrado es una sustancia muy distinta del ácido diluido", dijo Petkowski. "Es un error muy común pensar que el ácido sulfúrico destruye toda la química orgánica. Esto es un error. Es un disolvente muy agresivo, pero es muy agresivo con partes específicas de las moléculas orgánicas, como los azúcares". (A pesar de su suavidad con los aminoácidos y los lípidos, el ácido sulfúrico destruirá por completo los azúcares, que constituyen gran parte del andamiaje sobre el que se construye la vida).

En algún lugar del universo, los lagos de ácido sulfúrico podrían estar repletos de formas de vida cuya química básica es sólo un poco diferente a la nuestra.

¿De qué están hechas las células extraterrestres?

Las formas de vida extraterrestres que utilizan ácido sulfúrico en lugar de agua probablemente se parecerían sorprendentemente a la vida de la Tierra, con algunas diferencias sutiles pero importantes en su composición química.

"Deberíamos entender el ácido sulfúrico como un entorno que no es tan extraño como pensamos", dijo Petkowski. (Eso no significa que se pueda nadar con seguridad en ácido sulfúrico concentrado; las células no evolucionaron para eso. Por favor, no lo prueben).

Por ejemplo, para vivir en un mar de ácido sulfúrico, habría que utilizar algo más resistente en lugar de azúcares, que se desintegran muy rápidamente en ácido sulfúrico. En la Tierra, los azúcares son el medio por el que las células almacenan energía y también forman parte de las paredes celulares. Los extraterrestres en Venus utilizarían otro tipo de molécula para hacer lo mismo sin desintegrarse.

"Hay que adaptar la química orgánica al disolvente", afirma Petkowski. "Hay que elegir los componentes químicos LEGO adecuados, pero al final se pueden obtener estructuras funcionalmente iguales".

Otras diferencias pueden ser más sutiles. El ácido sulfúrico concentrado no descompone la mayoría de los aminoácidos que utiliza nuestro cuerpo, pero sí provoca pequeños cambios en sus "cadenas laterales", cadenas de átomos que sobresalen de la molécula como una cola. Y un solo enlace químico marca la diferencia entre un péptido estable en ácido sulfúrico y uno que se descompone. Por lo tanto, los extraterrestres en un mundo ácido podrían tener células compuestas de aminoácidos y proteínas, pero podrían parecer apenas un poco diferentes a las nuestras.

Sin embargo, las membranas que rodean las células (que mantienen los mecanismos químicos de la vida en su interior y todo lo demás en el exterior) pueden resultar sorprendentemente familiares. Esos glóbulos con forma de vesícula que aparecieron cuando Petkowski y sus colegas pusieron lípidos en ácido sulfúrico en realidad se formaron exactamente de la misma manera que las vesículas se forman en el agua: un proceso llamado perlado. Primero, los lípidos forman tubos, y luego esos tubos se deshacen en pequeñas vesículas. La vida en un mundo ácido podría utilizar un conjunto diferente de lípidos que los que se encuentran en nuestras membranas celulares, pero la física de la formación de membranas sería la misma, si Petkowski y sus colegas están en lo cierto.

Los astrobiólogos como Petkowski, Schulze-Makuch y otros aún no están del todo seguros de cómo se unieron todas las piezas de la vida tal como la conocemos. Pero, como señaló Petkowski, tampoco están seguros de cómo unos pocos grupos de moléculas aquí en la Tierra dieron el salto de la química a la vida.

"Estamos tan lejos de descubrir el origen de la vida en el agua como lo estamos del ácido sulfúrico concentrado", afirmó Petkowski.