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

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.

 

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 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.

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 la 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.

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.

Fuente:  danielmarin.naukas.com