NASA-Astrobiology
A día de hoy aún no existe un modelo científico generalizado para explicar el origen de la vida. Una de las hipótesis más recientes mantiene que las superficies podrían haber jugado un papel clave: cerca de una fuente hidrotermal, sobre las superficies de las chimeneas submarinas, las primeras moléculas sencillas se habrían encontrado e interaccionado las unas con las otras para formar las primeras moléculas con entidad biológica. Este es uno de los apasionantes temas de investigación de José Ángel Martín Gago en el Centro de Astrobiología (CAB-INTA-CSIC), quien también dirige un grupo de investigación en el Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) en donde su labor está enfocada al estudio de moléculas orgánicas con aplicaciones tales como células solares o pantallas de dispositivos electrónicos. Además, J. A. Martín Gago ha coordinado una Unidad Didáctica de Nanociencia y Nanotecnología, una publicación divulgativa que se puede descargar libremente.
J. A. Martín Gago
Mónica Luna.- Parece difícil que se pueda combinar el estudio de la nanotecnología con el origen de la vida. ¿hay una relación entre ambos campos?
José Ángel Martín Gago.- A primera vista pudiera parecer que estas disciplinas no tienen relación entre sí, sin embargo, éste no es el caso. Uno de los factores más importantes de la nanotecnología es la construcción de dispositivos o nuevos materiales a partir de sus unidades constituyentes, es decir, fabricar tecnología poniendo un 'ladrillo' al lado del otro. Los ladrillos que forman la materia son los átomos y las moléculas. El sueño de un nanotecnólogo sería descubrir una manera para ensamblarlos y así poder 'edificar' con ellos, como quien construye un lego. Unir las partes últimas que forman un dispositivos para fabricar sensores, aparatos electrónicos, motores químicos de tamaño nanométrico. Ese es uno de los objetivos importantes de la nanotecnología, y que a día de hoy, es un reto. Pero, justamente eso es lo que está pasando constantemente en nuestras células. Ahora mismo, sin que nos demos cuenta, se están produciendo en nuestro cuerpo cientos de reacciones bio-químicas y como consecuencia de ellas se están formando nuestras proteínas mediante el ensamblado de moléculas más simples. Podemos afirmar que la vida es el único sistema conocido que funciona siguiendo las ideas o preceptos de la nanotecnología.
M. L.- ¿Cómo puede la nanotecnología contribuir a encontrar respuestas sobre el gran enigma del origen de la vida?
J. A. M. G.- La aproximación científica al tema del origen de la vida tiene planteados muchos problemas abiertos. La dificultad principal para avanzar es la ausencia de datos experimentales de lo que pasó en la Tierra hace unos 4000 millones de años. Para solventar este inconveniente tenemos que utilizar modelos teóricos y simulaciones que nos permitan entender cómo en un momento preciso de la historia de la Tierra pudo darse un paso desde la química hasta la biología; cómo moléculas simples se fueron combinando para formar moléculas más complejas y especializadas, con las características de la biología.
M. L.- ¿Y esa es la razón de poder utilizar herramientas nanotecnológicas para lograr entender cómo se originó la vida en este planeta?
Equipo para simular la Tierra primitiva.
J. A. M. G.- Exacto. La nanotecnología ha desarrollado una serie de técnicas experimentales con las que manipular los objetos pequeños, de tamaño nanométrico. Actualmente disponemos de herramientas que nos permiten determinar a nivel molecular cómo se reconocen las moléculas entre si, la forma en la que se organizan entre ellas. Disponemos de sistemas de vacío en los que podemos controlar las condiciones de presión, composición de la atmósfera y temperatura que pudieron haberse dado en la Tierra primitiva. Intentamos recrear este entorno para aprender sobre la forma en la que se reconocen distintas moléculas sobre las superficies de los materiales.
M. L.- Utilizando el símil anterior de una casa, podríamos decir que investigan la formación de los 'ladrillos' fundacionales de la vida.
J. A. M. G.- Más que la formación de los ladrillos investigamos como han podido unirse entre ellos. Para la formación de los ladrillos se han propuesto varios mecanismos plausibles, pero el problema reside en explicar cómo se unieron entre sí. De dónde pudo aparecer 'el cemento' que los une para formar esa casa. Aquí es donde la nanociencia puede explicar muchos de estos procesos.
M. L.- ¿Cuáles son los resultados más destacados que han obtenido?
J. A. M. G.- En realidad me atrevería a decir que este proyecto no ha hecho más que comenzar y que estamos abriendo un camino científico. Ese es justamente el primero de los resultados: probar que las herramientas y metodologías utilizadas en nanociencia son válidas para estudiar el tema del origen de la vida. Respecto a resultados científicos, hemos trabajado con una molécula llamada ácido nucleico peptídico (PNA). Esta molécula está a mitad de camino entre las proteínas y los ácidos nucleicos, como el ADN. Es decir, confluyen en ella dos de las características principales de la vida: La estructura y la replicación. Esta molécula pudo haber existido y jugado un papel importante en el llamado mundo pre-RNA. Estamos estudiando como se comporta sobre superficies sólidas y al ser tan estable hemos conseguido inmovilizarla sobre superficies y nanopartículas para fabricar biosensores más eficientes que los actuales.
Esquema de una molécula de PNA. | J. A. Martín Gago.
No sólo trabajamos con esta molécula, también intentamos unir aminoácidos entre si, o ensamblar cadenas de RNA a partir de las bases y azúcares que lo forman. Si conseguimos hacerlo en el laboratorio habremos dado un paso importante para conocer cuales fueron los mecanismos que pudieron operar en la Tierra primitiva para permitir la emergencia de la vida.
M. L.- ¿Qué otros tipos de moléculas orgánicas están estudiando en la actualidad?
J. A. M. G.- En nuestro grupo de investigación en el ICMM estudiamos un amplio abanico de sistemas moleculares orgánicos. Desde sistemas muy ideales hasta otros cercanos a la tecnología, es decir, a las aplicaciones. Por una parte trabajamos con moléculas orgánicas que responden a la luz de una manera determinada y que podrían llegar a ser utilizadas en células fotovoltaicas orgánicas o como emisores de luz. Éstas capas orgánicas presentarán muchas ventajas con respecto a las células de silicio convencionales. Serán más económicas, ecológicas y flexibles. Por otra parte estudiamos cómo ciertas moléculas orgánicas se combinan para ofrecer unas propiedades electrónicas deseables, con el fin de disponer en el futuro de pantallas para dispositivos electrónicos flexibles y ligeras.
Átomos del grafeno. | J. A. M. G.
M. L.- También tiene resultados relevantes estudiando el grafeno.
J. A. M. G.- El grafeno está considerado en la actualidad como el material con más posibilidades tecnológicas para los próximos años. Será la primera gran aplicación en nanoelectrónica. Nosotros intentamos comprender cómo se forma y cómo modifica ligeramente sus propiedades electrónicas cuando se coloca sobre una determinada superficie. También investigamos cómo se puede formar grafeno a partir de moléculas orgánicas.
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