Isotopos.

Actualidad Isótopos estables: Fundamento y aplicaciones 30:17 Ricardo Guerrero y Mercedes Berlanga Departamento de Microbiología, Universidad de Barcelona, Av. Diagonal, 645, 08028 Barcelona. Email: guerrero@retemail.es Apartir de los átomos formados en los primeros tiempos de nuestro actual universo, hace unos 15.000 millones de años, se constituyeron las galaxias. Dentro de las galaxias, fueron formándose y desapareciendo estrellas. Y al formarse las estrellas se originan planetas, que también desaparecerán con ellas. Así ocurrió con nuestra estrella, el Sol, y con nuestro planeta, la Tierra, que se formaron hace unos 4.550 millones de años. A partir de los átomos del universo atrapados en nuestro planeta se organizaron y evolucionaron los sistemas vivientes, hace unos 3.850 millones de años. Todos los átomos de nuestro cuerpo proceden de la Tierra y eran parte de nuestra galaxia. Por tanto, somos de carne y hueso, pero también "polvo de estrellas". Las diferentes especies atómicas se formaron durante períodos de expansión muy primitivos, cuando toda la materia del universo se hallaba aún comprimida, con densidades muy elevadas, y sometida a temperaturas altísimas, lo que ofrecía unas condiciones favorables para toda clase de transformaciones nucleares. Geofísicos y astrofísicos han calculado la abundancia relativa de los elementos a partir del análisis químico de la corteza terrestre y del estudio de los meteoritos, del análisis espectral del Sol, de las estrellas y de la materia difusa esparcida en el abismo sideral. El resultado de este estudio indica que la constitución química del espacio interestelar es sorprendentemente uniforme: el 55 % de toda la materia cósmica es hidrógeno, el 44 % está constituido por helio (parejas siamesas de hidrógeno) y sólo el restante 1 % corresponde a todos los demás elementos. Sin embargo, la composición química de la Tierra representa una notable excepción a dicha uniformidad. En nuestro planeta, el helio y el hidrógeno son muy escasos. El principal depósito de hidrógeno lo constituye el agua, en forma de gas, líquida o en estado sólido. Pero esta cantidad es despreciable si la comparamos con las rocas graníticas y basálticas que constituyen la corteza de la Tierra, o con el resto de la parte sólida de nuestro planeta. La escasez de hidrógeno y helio es consecuencia de los procesos que ocurrieron durante el nacimiento de la Tierra. La formación de los planetas menores (Mercurio, Venus, la Tierra o Marte) empezó por un proceso de agregación de polvo del disco que dio origen al sistema solar, que formó pequeñas partículas sólidas llamadas planetésimos. Sin embargo, estas agregaciones de planetésimos no crecieron lo suficiente para que su gravedad pudiera capturar aquellos gases. En cambio, Júpiter, Saturno y otros planetas mayores sí fueron capaces de rodearse de pesadas atmósferas de hidrógeno y helio. Cada elemento químico se caracteriza por poseer un número determinado de protones, que se denomina número atómico y se representa por la letra Z. Como los átomos son entidades eléctricamente neutras, el número atómico también indica el número de normal de electrones. El número másico (A) es la suma de protones y neutrones del núcleo del átomo. Para representar esquemáticamente un núcleo, se escribe el símbolo del elemento y se añaden dos índices en el lado izquierdo, uno en la parte superior (A) y otro en la parte plo, 1 inferior (Z). La representación sería: AZX. Por ejem1H, 42He, 126C, 147N, 168O, 3216S. Fraccionamiento isotópico Un mismo elemento (definido por su número atómico) puede tener diferente número de neutrones, y por tanto diferente peso atómico. Los átomos con el mismo número atómico pero con diferente peso atómico se denominan isótopos ("igual lugar"). Los átomos de carbono tienen generalmente 6 protones y 6 neutrones, y por tanto un peso atómico de 12. Pero hay átomos de carbono con peso atómico 13, isótopo estable y pesado, o con peso atómico 14, isótopo inestable o radiactivo, ya que emite radiactividad a medida que se transforma en un elemento estable. Una cosa similar ocurre con el hidrógeno: existe el hidrógeno normal, el deuterio (pesado y estable, con un neutrón), y el tritio (radiactivo e inestable, con dos neutrones). El primer isótopo pesado observado, en 1931, fue el deuterio; su descubridor fue Harold Urey, el mismo que, muchos años después, en 1952, dirigiría los trabajos del joven Stanley Miller sobre síntesis abiótica de aminoácidos. Las moléculas que componen las sustancias están compuestas por átomos. La mayor parte de las moléculas tienen átomos normales, pero algunas, menos frecuentes, tienen átomos pesados. Así, por ejemplo, la mayor parte de las moléculas del aire pesan 44 (12+16+bono pesado. Los organismos fotolitotrofos y quimiolitotrofos fijan CO2para formar materia viva. La materia viva tiene carbono, que en su mayor parte es 12C, pero también hay átomos 13C (y, por supuesto, también 14C). Como el 13C es estable, esta cantidad no va disminuyendo a partir de la muerte del organismo, como ocurre con la cantidad de 14C, que se va desintegrando. Sorprendentemente, la cantidad o proporción de 13C (con respecto a la de 12C) en la materia viva es menor que la que existe en el material de partida, en este caso el CO2del aire. No se sabe el mecanismo molecular último, pero las enzimas de los seres vivos "discriminan" negativamente las moléculas de CO2que tienen el isótopo pesado, y "escogen" preferentemente las que tienen el isótopo normal. Y lo mismo ocurre en el caso de las moléculas con oxígeno (donde escogen el 16O, y no el 18O), con nitrógeno (donde prefieren el 14N, y no el 15N), o con azufre (donde eligen mayormente el 32S, y no el 34S). (A estas alturas del relato, no hace falta aclarar que 18O, 15N, y 34S son isótopos pesados de los correspondientes elementos). Nadie sabe la causa pero el efecto es que la materia viva "discrimina en contra" de las moléculas que tienen isótopos pesados. Midiendo la cantidad de 14C de un resto orgánico se puede saber su "edad", es decir, el tiempo que hace que dejó de incorporar nuevo 14C; que murió. Midiendo la cantidad de isótopos estables en una sustancia no se puede saber su edad pero sí si es de origen biológico. La materia viva prefieRicardo Guerreroes Doctor en Ciencias por la Universidad de Barcelona. Fue investigador postdoctoral en la University of CaliforniaDavis, bajo la dirección del Prof. John L. Ingraham. Ha sido Visiting Professor en la University of California-Davis, en la Boston University y lo es actualmente de la University of Massachusetts-Amherst. Fue catedrático de la Universidad Autónoma de Barcelona, y actualmente lo es de Microbiología de la Universidad de Barcelona. Ha organizado diferentes congresos y reuniones cientificas internacionales;

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