El hallazgo, fruto de una colaboración entre científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA y la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, supone un cambio de paradigma en nuestra forma de entender la química, y abre nuevas e insospechadas puertas a la formación de los llamados 'ladrillos de la vida' en entornos extraterrestres que hasta ahora se consideraban imposibles.
De acuerdo con el principio químico de que 'lo similar se disuelve en lo similar', las mezclas que contienen componentes 'polares' y 'no polares', como el aceite y el agua, generalmente no se mezclan, sino que forman capas separadas. La diferencia entre unas y otras moléculas consiste en que las primeras, las polares, tienen una distribución desigual de su carga eléctrica, lo que hace que un extremo (polo) de la molécula sea ligeramente negativo y el otro ligeramente positivo (como un pequeño imán). Un buen ejemplo es, precisamente, el agua (H2O).
Un nuevo hallazgo en Encélado confirma que tiene 'todo lo necesario' para albergar vida
La enigmática luna de Saturno posee, de hecho, agua líquida, una fuente de energía y, a la luz del nuevo estudio, un conjunto específico de elementos químicos y moléculas orgánicas complejas
Por el contrario, las moléculas 'no polares' o 'apolares' sí que distribuyen su carga eléctrica de modo uniforme, por lo que no tienen polos positivos o negativos. El metano o el aceite, por ejemplo, son apolares.
Pues bien, el principio de que 'lo similar se disuelve en lo similar' implica que las sustancias polares se disuelven bien en otras sustancias polares, como sucede por ejemplo con el agua y la sal, mientras que las sustancias no polares sólo se disuelven bien en otras sustancias no polares, como sucede con la pintura y el aguarrás.
Pero las sustancias polares y no polares (como el aceite y el agua) nunca se mezclan entre sí. Aunque en Titán esa regla fundamental no funciona.
La química al revés
La investigación, que se acaba de publicar en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS), se centra en el comportamiento del cianuro de hidrógeno, una molécula altamente polar, cuando entra en contacto con hidrocarburos sencillos como el metano y el etano, que son intensamente apolares. Si intentáramos hacer esa mezcla en nuestro planeta a temperatura ambiente, el resultado sería idéntico a intentar mezclar aceite con agua: las sustancias se separarían inmediatamente en capas bien definidas. Pero en la superficie helada de Titán, donde las temperaturas caen hasta unos gélidos -180 grados, esta ley fundamental de la química se rompe de forma espectacular.
Lo que sucede en Titán, explica el químico Martin Rahm, que ha liderado el estudio «contradice una regla en la química, lo que básicamente significa que no debería ser posible combinar sustancias polares y no polares». El descubrimiento, sin embargo, no es solo una curiosidad académica, sino una pista crucial sobre cómo la química prebiótica, la que precede a la emergencia de la vida, puede estar operando en los rincones más fríos y extraños del Sistema Solar, y puede que más allá.
Titán, el 'laboratorio' de la vida
Desde hace ya varias décadas, Titán ha capturado la imaginación de astrónomos y astrobiólogos de todo el mundo. Y es que, a pesar de ser 'sólo' una luna, Titán supera en tamaño al planeta Mercurio, y es además el único satélite conocido en nuestro Sistema Solar que posee una atmósfera densa y persistente, una capa de nitrógeno y metano tan espesa que la presión en su superficie es casi un 50 por ciento mayor que la terrestre. Y por si fuera poco también es, junto a nuestro propio planeta, el único mundo de nuestro sistema que posee grandes cantidades de líquido en su superficie, un requisito que la ciencia siempre ha asociado a la posibilidad de vida. Un líquido, sin embargo, que no es agua, sino metano.
De hecho, y al igual que en la Tierra tenemos un ciclo del agua, con evaporación, formación de nubes y lluvia, Titán posee un ciclo del metano. En su superficie, y a temperaturas criogénicas, existen lagos, ríos y mares compuestos de metano y etano líquidos. Y aún más intrigante, la misión Cassini-Huygens, que exploró Saturno y sus lunas durante casi trece años, confirmó también la existencia de un océano global de agua líquida bajo su corteza helada, a decenas de kilómetros de profundidad. En el límite entre ese océano interior y el núcleo rocoso, dicen los expertos, podrían estar dándose las condiciones de habitabilidad que conocemos, las que hacen posible la vida en la Tierra.
A pesar de lo cual es la superficie y su atmósfera, una 'sopa química' rica en compuestos orgánicos de carbono, la que funciona como un auténtico laboratorio a escala planetaria de química prebiótica.
Una estructura nueva
La luz solar y las partículas energéticas de la magnetosfera de Saturno bombardean continuamente el nitrógeno y el metano atmosféricos, y al hacerlo desencadenan una compleja cascada de reacciones que dan lugar a moléculas más grandes y complejas. Una de ellas es precisamente el ya citado cianuro de hidrógeno (HCN) sobre el que recae un viejo enigma. Nadie sabe, de hecho, qué ocurre con ese HCN cuando cae a la superficie. ¿Se acumula en capas estáticas, o reacciona de formas inesperadas con su entorno?
El nuevo estudio arroja luz sobre esta incógnita. Y la respuesta parece estar en la formación de 'co-cristales'. Cuando Rahm y sus colegas replicaron las condiciones de Titán en su laboratorio y mezclaron cianuro de hidrógeno con metano y etano a una temperatura de -183 grados, descubrieron que se formaba una estructura sólida completamente nueva. Y lo más sorprendente fue que los análisis, que incluyeron espectroscopía láser y simulaciones informáticas masivas, mostraron que las moléculas apolares de metano y etano no se separaban, sino que se integraban activamente en la estructura cristalina del cianuro de hidrógeno, que como hemos visto, es altamente polar.
El proceso se conoce como 'intercalación'. Si imaginamos el cristal de cianuro de hidrógeno como una especie de 'jaula' tridimensional con huecos, el frío extremo de Titán permitiría que las moléculas de metano y etano se deslicen y se alojen en esos huecos vacíos de la red cristalina del HCN, creando un nuevo compuesto estable que contiene ambos tipos de moléculas. En otras palabras, las débiles fuerzas intermoleculares que normalmente no bastarían para unir una sustancia polar y una apolar, se hacen lo suficientemente fuertes y efectivas a temperaturas tan bajas como para anular la 'preferencia' por la separación.
El fenómeno tiene implicaciones directas para la geología de Titán. El cianuro de hidrógeno, en efecto, al mezclarse con los hidrocarburos que forman los mares y las dunas de la luna, podría alterar la composición y la estabilidad de su paisaje helado, influyendo en la formación de sus extrañas llanuras y sus mares de metano.
Precursor de vida
Además de todo lo anterior, el cianuro de hidrógeno es considerado un precursor químico fundamental para la vida. De hecho, esta molécula reacciona con facilidad para formar polímeros, cadenas moleculares largas que podrían actuar como catalizadores para la vida en condiciones frías como las de Titán. El HCN, por lo tanto, supone un 'camino directo' hacia la creación de los componentes básicos de las proteínas (los aminoácidos) y los bloques del código genético (las nucleobases).
En este contexto, el hallazgo de que el HCN puede, inesperadamente, interactuar con los hidrocarburos, da nuevas alas a la idea de vida en Titán, un lugar que no sólo reproduce las condiciones de la Tierra primitiva, sino cuya química podría estar siguiendo un camino totalmente nuevo, bajo reglas que sólo ahora empezamos a comprender.
Por ello, la NASA ha confirmado y dado luz verde a una de sus misiones más ambiciosas: Dragonfly (Libélula). Esta sonda espacial, que tiene la forma de un gran dron con ocho rotores y del tamaño de un coche, está programada para su lanzamiento en julio de 2028 y, tras un viaje de unos seis años, se espera que aterrice en la superficie de Titán alrededor de 2034.
El objetivo es claro: aprovechar la densa atmósfera de Titán, que permite volar con gran eficiencia, para recorrer un gran número de lugares prometedores, analizar los materiales orgánicos de las dunas y las cuencas de impacto, buscar activamente pruebas de la química prebiótica y observar los novedosos procesos que este estudio acaba de revelar. El vehículo, propulsado por una fuente nuclear, portará cámaras, sensores y muestreadores para examinar, in situ y a gran escala, una química exótica que ahora solo podemos recrear en un laboratorio.