Ciencia

Jardines químicos

Desde la antigüedad los humanos han tratado de imitar a la Naturaleza maravillados por su belleza y complejidad. La limitación humana ante la muerte ha hecho que los humanos no cesasen de buscar el conocimiento y control de la vida, desde la Piedra Filosofal hasta los últimos avances en Genética, sea para mejorar la calidad de la vida, para prolongarla lo más y mejor posible o incluso crearla. Nuestra vida está basada en la Química del Carbono. Sin embargo, un elemento químico muy parecido al carbono es el silicio, vecino en la Tabla Periódica, que puede formar estructuras poliméricas, con curvas y formas geométricas similares a las del carbono. Los óxidos de silicio forman una gran variedad de minerales terrestres y extraterrestres y son capaces de crear espacios nanoscópicos con propiedades similares a las membranas biológicas. Es por ello que existen hipótesis de que las primeras reacciones químicas prebióticas pudieron realizarse gracias a las interacciones de moléculas orgánicas con superficies minerales y facilitar los primeros pasos que dieron lugar al origen de la Vida.

Por otra parte, ¿sería posible una química del silicio paralela a la del carbono y existir una vida basada en el silicio? Existen muchos ejemplos de narraciones y películas de ciencia-ficción con seres vivos de otros planetas basados en la química del silicio: ¿no podrían ser de silicio los jardines y bosques de Pandora en la película Avatar?

En cada punto de ruptura se forman fibras tubulares que pueden alcanzar varios cm de longitud, adoptando formas biomiméticas que reciben el nombre de ‘jardines’

En realidad, sí existen jardines que no son biológicos y podemos crearlos. Los jardines químicos son curiosas estructuras con forma de plantas vegetales constituidas por una combinación de sales y óxidos que precipitan mediante una combinación de convección forzada por ósmosis, convección libre y reacciones químicas. Al añadir un cristal de una sal soluble a una disolución de silicato sódico, se provoca una reacción dando lugar a un gel coloidal alrededor del cristal. Este gel actúa como una membrana semipermeable a través de la cual el agua y otros iones pasan por presión osmótica, similar a como lo harían las plantas y otros sistemas biológicos. El cristal sigue disolviéndose y la membrana-gel se tensa por la presión osmótica hasta que se rompe saliendo un chorro de fluido de la solución interna a la externa, y al entrar este fluido en otro medio, las solubilidades cambian y precipitan sales, óxidos e hidróxidos conforme surgen esos chorros. Así, en cada punto de ruptura se forman fibras tubulares que pueden alcanzar varios cm de longitud, adoptando formas biomiméticas que reciben el nombre de ‘jardines’.

Además de su fascinación puramente científica como espectaculares ejemplos de formación de patrones autoorganizados, los jardines químicos pueden estar implicados en otros fenómenos de interés industrial que impliquen la precipitación a través de una membrana-gel coloidal que separa dos soluciones acuosas diferentes, tales como, en la tecnología del cemento y fenómenos de corrosión de metales. Sin embargo, todavía no se conoce bien el proceso, su control y la variación de la composición química en las diversas superficies de estas formaciones y solo se ha estudiado en algún caso particular.

Los investigadores de este proyecto han difundido este fenómeno en centros educativos, así como en proyectos europeos y colaboraciones con la NASA y la Estación Internacional del Espacio

Se trata de un proyecto fascinante interdisciplinar donde se abordan cuestiones interesantes para la Biología (morfología en los seres vivos), Química (disolución y precipitación), Física (osmosis, difusión, cristalización) y Geología (morfología en minerales y otros sistemas geológicos) y además su estudio y demostración constituye una buena introducción a la experimentación en un laboratorio de Ciencias Naturales. Investigadores del Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra de Granada están explorando diferentes condiciones químicas y físicas que permitan observar los cambios de comportamiento e interpretarlos, además de poder controlar la reactividad, estabilidad y morfología de estos sistemas. Los investigadores de este proyecto han difundido este fenómeno en varios centros educativos y en programas de iniciación a la investigación científica y con un consorcio de educación secundaria en USA, así como en proyectos europeos y colaboraciones con la NASA y la Estación Internacional del Espacio.