11/Nov/08

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Las películas de hielo muy frías en laboratorio revelan los misterios de universo

¿Podría la vida haber empezado en un bloque de hielo?

El universo está lleno del agua, principalmente en forma de películas de hielo muy frías depositadas sobre las partículas de polvo interestelar, pero recién hace poco se conoció esa detallada estructura en pequeña escala. Ahora, las últimas técnicas de rápida congelación unidas con las sofisticadas técnicas de sondeo con microscopio de electrones, están permitiendo a los físicos crear películas de hielo en las frías condiciones similares al espacio exterior y observar la organización molecular detallada, y producir pistas sobre cuestiones fundamentales incluso posiblemente el origen de la vida. Los investigadores han quedado sorprendidos por algunos de los resultados, no menos que por la absoluta belleza de algunas de las imágenes creadas, según Julyan Cartwright, especialista en estructuras de hielo en el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (IACT) del Concejo Español de Investigaciones (CSIC) y la Universidad de Granada en España.

Los recientes descubrimientos sobre la estructura de las películas de hielo en condiciones astrofísicas a una escala media, que es el tamaño justo por encima del nivel molecular, fueron discutidos en un reciente taller organizado por la Fundación Europea de Ciencia (ESF) y co-presidido por Cartwright junto con C. Ignacio Sainz-Díaz, también del IACT. Como Cartwright señalaba, muchos de los descubrimientos sobre las estructuras de hielo a baja temperatura fueron posibles por anteriores investigaciones respecto a las aplicaciones industriales que involucran depósitos de delgadas películas sobre un substrato subyacente (es decir la superficie, como una roca, sobre la que se adhiere la película), como en la fabricación de cerámicas y semiconductores. A su vez, el estudio de las películas de hielo podía conducir a valiosos conocimientos en tales aplicaciones industriales.

Pero el enfoque principal del taller de ESF era sobre el hielo en el espacio, que por lo general se forma a temperaturas mucho más bajas que el lugar más frío sobre la Tierra, entre 3 y 90 grados por encima del cero absoluto (3-90K). La mayor parte del hielo está sobre los granos de polvo porque hay gran cantidad, pero algo de hielo está sobre los cuerpos más grandes, como asteroides, cometas, lunas frías o planetas, y ocasionalmente sobre planetas capaces de sustentar vida como la Tierra. A bajas temperaturas, el hielo puede formar estructuras diferentes en una escala media que las que forma bajo condiciones terrestres, y en algunos casos puede ser amorfo en la forma, como un vidrio con las moléculas en efecto congeladas en el espacio, más que como cristales. Para que el hielo sea amorfo, el agua tiene que ser enfriada a su temperatura de transición de vidrio, aproximadamente 130 K, sin que se formen primero los cristales de hielo. Para hacerlo en el laboratorio se requiere un enfriamiento rápido, que Cartwright y colegas lograron en su trabajo con un "dedo helado" de helio que incorporaron en un microscopio electrónico de sondeo para tomar las imágenes.

Como Cartwright observó, el hielo puede existir en una combinación de formas cristalinas y amorfas, en otras palabras como una mezcla de orden y desorden, con muchas variantes que dependen de la temperatura en que la congelación ocurrió en realidad. En su más reciente trabajo, Cartwright y sus colegas mostraron que el hielo en una escala media comprende toda clase de formas características diferentes, asociadas con la temperatura y la presión de congelación, y que también dependen de las propiedades de la superficie del substrato. Por ejemplo, cuando se forma sobre un substrato de titanio a la temperatura -muy baja- de 6K, el hielo tiene una estructura característica de coliflor.

Más curiosamente aun, el hielo bajo ciertas condiciones produce formas biomiméticas, que significa que aparece como vida, con formas como hojas de palmera o gusanos, o incluso bacterias, a una escala más pequeña. Esto lleva a Cartwright a remarcar que los investigadores no deben suponer que las formas parecidas a la vida en los objetos obtenidos del espacio, como las rocas de Marte, son pruebas de que en realidad la vida existía allí. "Si uno va a otro planeta y ve pequeñas estructuras con aspecto de gusano o palma, no debería convocar de inmediato una conferencia de prensa para anunciar que la vida alienígena ha sido encontrada", dijo Cartwright.

Por otro lado, la existencia de las estructuras biomiméticas similares a la vida en el hielo sugiere que la naturaleza bien puede haberle copiado a la física. Incluso es posible que mientras el hielo es demasiado frío para sustentar la mayor parte de la vida que conocemos, podría haber proporcionado un ambiente interno apropiado para que la vida prebiótica haya aparecido.

"Está claro que la biología usa la física", dijo Cartwright. "Efectivamente, ¿cómo podría no hacerlo? De modo que no deberíamos sorprendernos al ver que a veces las estructuras biológicas utilizan claramente los principios físicos simples. Entonces, volviendo atrás en el tiempo, parece razonable postular que cuando la vida apareció por primera vez, habría estado usando como recipiente algo mucho más simple que la membrana celular de hoy, probablemente alguna clase de vesícula simple del tipo encontrado en las burbujas de jabón. Esta clase de vesícula puede ser encontrada hoy en sistemas abióticos, en condiciones de calor, en la química asociada con las "fumarolas negras" en el fondo del mar, que es actualmente el lugar predilecto como un origen posible de la vida, pero también en la química del hielo de mar".

Es una idea intrigante que será analizada más profundamente en los proyectos creados por el taller de ESF. Esto puede proporcionar un nuevo giro de la idea de que la vida llegó desde el espacio. Puede ser que los precursores de la vida vinieran desde el espacio, pero la actual bioquímica basada en el carbono de todos organismos de la Tierra evolucionó en este planeta.

El taller, Euroice2008, se llevó a cabo en Granada, España, en octubre de 2008.

Fuente: ESF. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard