Los Elementos Químicos Y El Surgimiento De La Vida En El Universo

Los elementos químicos y el surgimiento de la vida en el universo

Introducción

Cuando conjuntamos conocimientos de varias ramas de la ciencia, podemos llegar con frecuencia a conclusiones sorprendentes, difíciles de concebir por otros medios. En este artículo haré un ejercicio de este estilo y juntos conoceremos el resultado.

Bioquímica y cosmogonía

La biología contemporánea, en particular la bioquímica, ha puesto en claro que los organismos vivos están constituidos por una variedad de elementos químicos. Entre ellos hay un grupo reducido que son mayoritarios en cantidad, éstos son: el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O) y el nitrógeno (N), o brevemente y como regla nemotécnica: CHON. Además, existen otros elementos en mucho menor cantidad que son también esenciales para los organismos vivos y que hacen posible que se dé el fenómeno asombroso que llamamos "vida". Entre ellos podemos mencionar, utilizando sus símbolos químicos: Na, K, Ca, Mn, Mg, S, P, Si, Cr, Fe, Cu, Zn, F, Cl, I, Mo y otros más.

Debe aclararse que la mayoría se encuentran como iones y no como elementos, puesto que en muchos casos estos últimos son muy reactivos. Por ejemplo, los elementos de la familia de los metales alcalinos, como el Na y el K, son explosivos al contacto con el agua. Obviamente, no es de esta forma química como intervienen en la bioquímica celular, sino como iones (o cationes, para darles su nombre más específico) Na+ y K+. Lo mismo puede decirse de algunos elementos que dan origen a iones de signo contrario (aniones), como por ejemplo el flúor (F). Éste es el elemento más reactivo de todos, es un gas sumamente irritante y su inhalación representa un peligro. El ión F -, llamado fluoruro, ha perdido esa reactividad, es soluble en el agua y es fundamental para la fisiología celular, principalmente para utilizarse en dientes y huesos.

Ahora vayamos a otra rama de la ciencia: la cosmogonía, que es la rama de la astronomía que estudia el comportamiento evolutivo del universo y el origen de sus rasgos característicos. De acuerdo a esta ciencia el universo tuvo un principio, el cual se ubica hace 13±2 miles de millones de años. Es decir, hay incertidumbre en cuanto al tiempo preciso, pero existe una altísima probabilidad de que haya acontecido en el intervalo de tiempo entre hace 11 y 15 mil millones de años, ocurriendo la mayor probabilidad en las cercanías de los 13 mil millones de años.

La teoría que mejor explica este evento es conocida como la de la "Gran Explosión" (o Big Bang en inglés). En ella también se establece que a los 4 minutos de haber surgido nuestro universo en expansión vertiginosa, su composición química era de 76% de hidrógeno (H, con número atómico uno), 24% de helio (He, con número atómico dos) y cantidades insignificantes de litio (Li, con número atómico tres). El número atómico indica cuántos protones tiene el núcleo de los átomos de cada elemento.

No había ningún otro elemento. Solamente se habían ocupado las primeras dos posiciones, si acaso tres, de la tabla de la clasificación periódica de los elementos. Con esta materia prima la química era, evidentemente, bastante limitada. No se contaba con suficiente variedad (elementos químicos diversos) para constituir sistemas tan complejos como la vida.

¿De dónde surgieron entonces el C, el N, el O, el Cu, el Zn y tantos otros elementos con número atómico superior a tres y que, como ya vimos, son constituyentes indispensables de un sistema vivo? La cosmogonía responde claramente a esta pregunta, apoyada en la física nuclear, como lo veremos a continuación.

Física nuclear y cosmogonía

La explicación que ofrece la cosmogonía sobre el origen de los demás elementos hace intervenir a las estrellas, las cuales según su masa fueron produciendo en el curso de su evolución (o vida) los diferentes elementos más pesados que el H y el He.

Las condiciones estelares son tales que favorecen la realización de las diversas reacciones nucleares que van formando los demás elementos de la tabla de la clasificación periódica que hoy conocemos.

Debido a su altísima temperatura (por ejemplo, en la superficie de nuestro Sol la temperatura está entre 4 700 y 6 000 K y en su centro a 20 millones K) cada estrella es una enorme esfera de plasma. El plasma es el estado de la materia que se caracteriza por tener los núcleos atómicos desprovistos de todos sus electrones periféricos y agitándose a grandes velocidades, al igual que los electrones.

Bajo estas condiciones es posible que los núcleos choquen entre sí a pesar de que existen fuerzas repulsivas entre ellos (porque todos tienen carga positiva). A temperaturas inferiores, con una menor agitación térmica, no son posibles las reacciones nucleares. Los núcleos estarían acompañados de sus electrones y simplemente no se tocarían entre ellos, se desviarían por las fuerzas repulsivas entre cargas del mismo signo (negativa, de sus respectivos electrones periféricos). Sin embargo, a altas temperaturas los núcleos sí se tocan, chocan y se fusionan entre sí, como dos gotitas de agua que chocan y forman una gota más grande. Éstas son las reacciones nucleares de fusión que dan origen al proceso de nucleosíntesis, es decir, a la síntesis de nuevos núcleos, de nuevos elementos (más pesados).

Para una estrella como nuestro Sol, por nucleosíntesis y partiendo de la mezcla de H y He, podría llegarse hasta la formación de carbono y oxígeno. Se requieren estrellas de mayor masa para generar durante su evolución otros elementos más pesados. Y todavía otros más (diferentes) se sintetizan en las etapas finales de la vida de estas estrellas más masivas que el Sol, durante procesos explosivos de una violencia inimaginable.

El material producido por nucleosíntesis en las estrellas alcanza a dispersarse por el espacio, en particular el que se deriva de aquellas estrellas que son masivas con una muerte explosiva y furiosa.

En resumen, la mezcla de H y He del universo inicial ha ido cambiando lentamente gracias a la formación de las estrellas de masa semejante o mayor a la de nuestro Sol. En la actualidad la composición química del universo es de 75% de hidrógeno, 23% de helio y un 2% de todos los demás elementos químicos. Lentamente, el espacio del universo se ha enriquecido sutilmente de aquellos elementos más pesados que el H y el He, en particular de C, O y N, y también de otros que son

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