Vida en otros
planetas
Por David Serquera Peyró
Este artículo
es parte del escrito que sirvió como introducción al debate que se realizó en
Bellreguart durante el transcurso de la semana astronómica de esta ciudad. En
él desarrollaré cuatro puntos clave para la comprensión del estado actual de la
búsqueda de vida en otros planetas.
1.- Naturaleza
del problema
2.- Expectativas
recientes
3.- Requisitos
para la existencia de vida extraterrestre
4.- Simulación
de la vida en Titán
1.- Naturaleza del problema
La búsqueda de vida en otros planetas creo que es una
de las actividades más excitantes a las que se puede enfrentar un científico.
La existencia de vida en otro lugar diferente a la tierra tiene unas implicaciones
en la comprensión del mundo que de confirmarse la existencia de vida en otros
planetas la humanidad tendría que replantearse su lugar en el universo y el papel
que debería desempeñar en el mismo como especie inteligente y consciente de la
realidad evolutiva cósmica. Las implicaciones para la ciencia son si cabe más
impactantes y a medida que contamos con más medios para el estudio del universo
la astrobiología avanza imparable abriendo con cada paso nuevas expectativas que
harán de ésta la ciencia del siglo XXI.
La vida en otros planetas nos lleva ineludiblemente
a plantearnos el origen de la vida y al plantearnos el origen de la vida es inevitable
el estudio de la historia de la materia.
El estudio del origen de la vida a lo largo de la historia ha quebrado muchas
teorías generando respuestas y preguntas que han hecho avanzar a la biología y
a la química de una manera más unida formando un todo con la química-física, la
ciencia planetaria, y la astrofísica.
El primer concepto para entender la vida y poder encontrarla
es considerar a ésta en su esencia como algo material y no espiritual. Fue Engels
en sus trabajos anti-duhring y dialéctica de la naturaleza el primero en reclamar
la unidad entre la naturaleza viva y la naturaleza inanimada. El concepto fundamental
es despojar a la vida de su aureola espiritual y considerarla como el resultado
de la evolución de la materia en un entorno a lo largo del tiempo. La vida está
construida con los materiales de la química orgánica, es decir, está construida
fundamentalmente con átomos de carbono en combinación con diferentes átomos, si
queremos entender los orígenes de la vida no deberemos perder la pista del átomo
de carbono y el único enfoque posible es desde la óptica evolucionista, es decir,
considerando que la materia posee una capacidad espontánea de autoorganización
y que evoluciona creando distintas estructuras determinadas por las leyes de la
materia, entre dichas estructuras las que llamamos vida.
El segundo concepto importante es saber que el comportamiento
de la materia es el mismo aquí y a 10.000 millones de años luz. La materia se
rige por las mismas leyes en cualquier parte del universo y en cualquier tiempo
del mismo, en el pasado y en el futuro. Solamente se acepta una excepción y es
el tiempo que va desde el principio del universo hasta 10-43 segundos,
llamado tiempo de plank, es decir la evolución de la materia ha dado lugar a estructuras
llamadas vida en la tierra con unas reglas de juego similares aquí y en Sirio.
Las reglas de este juego evolutivo se rigen por el
principio del crecimiento de la entropía, las estrategias empleadas por los diferentes
sistemas estelares serán distintas dependiendo de las condiciones de su entorno
pero nunca deben violar este principio. En este juego no hay ganador, cada sistema
estelar sigue jugando adoptando distintas estructuras.
El principio del crecimiento de la entropía nos viene
a decir que la materia evoluciona siempre aumentando el desorden en el medio.
La entropía es un magnitud que nos da idea del desorden de un sistema, pero entonces
¿cómo es posible que la materia evolucione hacia la creación de estructuras más
ordenadas e independientes, como la vida, sin violar su dirección hacia el caos?
Es muy sencillo, toda región organizada del universo se compensa con un aumento
del desorden en otro lugar del mismo de mayor dimensión que el orden generado.
A su vez este desorden en su evolución crea orden que crea caos. Es decir, el
caos genera orden. Hay un libro de J. Palacios titulado "De la física
a la biología" que da ejemplos entorno a este principio universal.
El primero en proponer la evolución química fue el
médico ingles William Prout quien estableció la hipótesis según la cual cualquier
átomo es un agregado de un número de átomos de hidrogeno, posteriormente se refinaría
con las aportaciones de la cosmoquímica dando lugar a la teoría de la nucleosíntesis
que explica la evolución de los elementos.
La segunda gran teoría evolucionista fue la propuesta
por Charles Darwin explicando la evolución de las especies.
Finalmente diremos que los sistemas vivos deben cumplir
necesariamente dos propiedades para ser considerados como tales, la autopoyesis
y la reproducción. El término autopoyesis proviene del griego y significa automantenido.
Para que una estructura sea autopoyética es necesaria que esté separada del medio
por una membrana y que posea metabolismo (conjunto de reacciones químicas que
mantienen y perpetúan químicamente su
identidad en ambientes fluctuantes).
Podríamos concluir diciendo que la existencia de la
vida depende de un proceso evolutivo de la química orgánica en conjunción con
un proceso evolutivo de la química inorgánica que junto darían lugar a un entorno
propicio para la evolución de sistemas autopoyecticos y reproductivos basados
en el carbono. La pregunta entonces es ¿es el sistema solar el único que en nuestro
juego evolutivo ha creado vida partiendo en igualdad de condiciones que el resto
de los sistemas estelares?
2º.- Expectativas
recientes
Recientemente gracias a los avances de la biología, la bioquímica y las demás ciencias planetarias y aerospaciales se han creado nuevas expectativas que hacen pensar a los científicos que la existencia de vida más allá de la tierra es un fenómeno no sólo posible sino probable. Señalaré cuatro:
La primera fue el descubrimiento en 1995 y 1996 de
planetas que orbitan alrededor de otras estrellas a parte de nuestro sol. Desde
entonces no han cesado de descubrirse planetas alrededor de otras estrellas.
-Los avances en la bioquímica demuestran que la vida
surge allí donde hasta hace unos pocos años se pensaba imposible su existencia.
Como ejemplo señalaremos el microorganismo del dominio archae llamado Deinococcus
radiodurans, que se ha encontrado en los tanques de refrigeración de las centrales
nucleares y que puede soportar radiaciones de hasta 5000 Gy. Otro de los ejemplos
clásicos son las calderas del parque de Yellowstone.
-La bioenergética nos demuestra que los organismos
vivos pueden recurrir a una variedad amplísima de fuentes de energía. La idea
principal que aporta la bioenergética es que la vida podría desarrollarse en cualquier
lugar con acceso a reacciones que generen la energía impulsora de la vida. Simplificando
podríamos decir que los organismos vivos cuentan con dos fuentes energéticas primordiales:
la energía solar que produce la fotosíntesis y la transferencia de electrones
entre una pareja redox. Una pareja redox es la combinación de una reacción de
reducción en la cual un compuesto químico acepta electrones y una reacción de
oxidación en la cual un compuesto químico cede electrones, este trasiego de electrones
genera energía utilizable por la célula. Así a la hora de buscar entornos energéticos
para la vida podremos buscar parejas redox. Ejemplos son las bacterias oxidantes
y reductoras de hierro, bacterias reductoras de sulfatos (H2SO4+4H2 → H2S+4H2O);
bacterias metanogénicas que transforman
CO2+4H2 → CH4+2H2O y también 4CO+2H2O → CH4 + 3CO2; bacterias acetógenas(
2CO2+4H → CH3COOH+2H2O).
-El surgimiento temprano de la vida tras la formación
terrestre. La tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y hay restos fósiles
de unos 3.500 millones de años semejante a formaciones geológicas actuales producidas
por bacterias. Si consideramos que no se ha encontrado ninguna roca que se haya
formado hace más de 4.000 millones de años es fácil pensar que el surgimiento
de la vida en la tierra fue prácticamente coetáneo con su formación.
3º.- Requisitos
para la existencia de vida en otros planetas
1º Presencia de agua líquida.
2º Presencia de materia orgánica.
3º Al menos una potente fuente de energía disponible
4º Medio ambiente estable que permita el desarrollo
de las moléculas orgánicas hasta formar vida.
1º.- Presencia
de agua líquida.
Funciones de importancia biológica del agua:
-Disolvente
-Medio de transporte
-Es un reactivo
-Determina la conformación tridimensional de las macromoléculas.
-Propicia la individualización y autopoyesis de la
vida.
Propiedades que hacen al agua especial frente a otros
disolventes:
-El agua permanece en estado líquido dentro de un intervalo
muy amplio de temperaturas. El limite superior del mismo se acerca a la temperatura
máxima que soportan las moléculas orgánicas complejas.
-Al pasar al estado sólido el agua se vuelve menos
densa. Esto permite la coexistencia en un sistema de los tres estados: liquido
sólido y gaseoso, lo que hace que al congelarse grandes masas de agua, como en
los polos planetarios, estos floten sobre las zonas no congeladas, sirviendo de
escudo impidiendo la exposición de la superficie líquida a las bajas temperaturas
del ambiente. Si los bloques de hielo no flotaran sobre el agua líquida y se hundieran,
se produciría una congelación brusca de los océanos como un efecto dominó.
-El agua es un disolvente polar.
2º.- Presencia de materia orgánica. Se define
ésta como el conjunto de compuestos químicos fundamentados en los átomos de carbono.
¿Por qué la vida que conocemos ha elegido estos compuesto que conocemos como suyos?,,
¿es posible la existencia de una forma de vida basada en otro átomo diferente
al carbono?. Que la vida se haya desarrollado como un proceso evolutivo a partir
de compuestos simples de carbono se debe a las propiedades químicas de este átomo.
De los 92 elementos naturales que existen en el universo los que forman la vida
son sólo 21 y de estos los principales son el H, O, C, N, S, y P. En el universo
los elemento más abundantes en orden decrecientes son: H, He, O,
C, N, NE, Si, Mg, Fe, S, Ar, Al,
Ca, Ni, Na. Vemos que los elementos que forman la vida son abundantes en el
universo y coinciden en el orden de abundancia relativa, todos a excepción del
P que ocupa el lugar 17, además el 75% de los compuesto químicos en el medio interestelar
son orgánicos, pero si comparamos con la corteza terrestre,
los elementos mas abundantes son el O,Si,Al,Fe,Ca,Na y K con lo que nos damos
cuenta de dos cosas:
La química del carbono tiene un gran potencial evolutivo
como demuestra su gran abundancia y variedad en el medio interestelar y que a
pesar de su poca presencia relativa en la tierra, encontró en ésta un medio adecuado
para su evolución en detrimento de otros elementos más abundantes como el Si.
Ésto se debe a que el C puede formar enlaces simples, dobles y triples lo que
propicia la formación de una gran variedad de compuestos químicos y además puede
adoptar configuraciones espaciales en cadena y en anillo lo que le confiere propiedades
estructurales muy diversas en combinación, fundamentales para la diversificación
funcional de las moléculas.
El fósforo constituye un enigma.
3 Potente fuente
de energía
Debe existir una fuente de
energía que permita:
A)La polimerizacion prebiótica.
B)El acceso de las primeras formas de vida a las fuentes
energéticas para desencadenar reacciones bioquímicas.
De todas las
formas energéticas aprovechables para la consecución de estos objetivos , la energía
geotérmica derivada del calor desprendido por la formación del planeta, de la
desintegración de elementos radiactivos en el interior y la disipación de energía mareal es la que
da en la tierra una mayor variedad de hábitats energéticos aprovechables.
4 Un medio ambiente estable. Debe existir una climatología
en equilibrio con la actividad geológica del planeta con las mínimas perturbaciones
externas posibles. De esta forma la evolución será más homogénea a lo largo de
un mismo tiempo geológico climático más duradero y propicio para las generaciones
de la vida.
SIMULACION DE
LA VIDA EN TITAN
Titán fue descubierto por Huygens, es el satélite más
grande que posee Saturno, tiene un diámetro de 5150 Km. lo que le hace ser similar
a Mercurio en tamaño. Lo más relevante de Titán es su atmósfera, fue el gran astrononomo
barcelonés Comas Solá quien la descubrió por primera vez, ésta es tan densa que
impide visualizar la superficie del satélite, de hecho después de Venus es el
astro del sistema solar con la atmósfera más densa. Esto provoca que la presión
atmosférica en la superficie de Titán sea un 50% más intensa que la de la Tierra.
La temperatura en su superficie ronda los 94 K y tiene una densidad media de 1,9
g/cm3 que al compararla con la densidad de la Tierra que es de 5,2 g/cm3 nos da
idea de que Titán debe contar en su superficie
con algún material más ligero que la roca.
Sin embargo, lo más interesante es la presencia de
metano (CH4) en la atmósfera de Titán.
¿Cómo es posible que exista metano en la atmósfera de Titán si éste se descompone
por la radiación ultravioleta? Solo cabe pensar que el metano se debe estar reponiendo
constantemente a partir de la evaporación de metano líquido de la superficie.
Se cree que existen mares en la superficie de Titán formados por metano, etano
y nitrógeno líquidos. El planeta estaría constituido por un núcleo rocoso, a continuación
una capa de amoníaco y agua congeladas, más exteriormente existiría un océano
subterráneo de amoniaco y agua y en la superficie una mezcla de clatrato de metano
hidratado y agua helada.
Una vez detallada la composición química estimada de
Titán analizaremos sus posibilidades de contener vida aplicando los requisitos
que hemos señalado anteriormente.
Existencia de
agua líquida.
A las temperaturas reinantes
en Titán la existencia de agua en estado líquido en la superficie del mismo se
hace improbable. Se pensó que la densa atmósfera de Titán podría proporcionar
un efecto invernadero que aumentara mucho la temperatura de superficie, pero no
es así. Sin embargo es posible la existencia de agua líquida en el interior del
planeta. Por el contrario, el disolvente más importante de este planeta sería
la mezcla de metano, etano y nitrógeno líquido. Estos compuestos serán siempre
la fase líquida de aquellos mundos que, poseyéndolos, sean mundos fríos, ya que
se mantienen en estado liquido a temperaturas más bajas que el agua. Esto trae
como consecuencia que las reacciones químicas en estos disolventes se efectúen
de una manera muy enlentecida por lo que los procesos que conducen a la vida necesitarían
mucho más tiempo para desarrollarse que el que necesitó la Tierra. Además el metano,
el etano y el amoniaco no se vuelven menos densos con su congelación con lo que
se produciría la rápida congelación de éstos océanos a una temperatura determinada.
En tercer lugar estos disolventes no son tan reactivos como el agua y no reaccionan
con el silicio imposibilitando las arcillas, que podrían haber sido claves como
elementos catalíticos en la evolución prebiótica molecular hacia la vida. Por
último diremos que son compuestos apolares, al contrario que el agua, lo que provoca
que por una parte los procesos de formación de membranas en estos disolventes sea muy diferente a la formación de las membranas
de los organismos vivos en el agua ya que estas membranas son apolares y al no
disolverse en agua tienden a reunirse y favorecer la individualización de las
estructuras que forman la vida. Para que esto ocurriera en etano, se tendrían
que añadir grupos polares a las membranas cambiando muchas de las propiedades
biológicas de éstas. Por otro lado si surgiera la vida, el plegamiento de las
macromoléculas biológicas sería completamente diferente al terrestre imposibilitando
la diversidad funcional de proteínas y ácidos nucleicos.
Presencia de
materia orgánica
Éste es el punto fuerte de Titán. En Titán se está
produciendo una gran actividad química que guarda relación con la química orgánica
prebiótica de la Tierra. La luz ultravioleta del Sol y las partículas de alta
energía procedentes de la magnetosfera de Saturno provocan una gran cantidad de
reacciones químicas atmosféricas saturando ésta de compuestos orgánicos que se
condensan precipitando sobre la superficie, ofreciendo la posibilidad de la existencia
de charcas con compuestos muy parecidos a los que Miller introdujo en su matraz
en su famoso experimento.
Fuente energética
Titán es un planeta muy pequeño como para mantener
todavía calor interno que provoque una energía geotérmica aprovechable. La mayor
fuente de calor de Titán debe provenir de los impactos de meteoritos capaces de
descongelar todo el agua del planeta durante breves períodos de tiempo insuficientes
como para provocar una dinámica evolutiva suficiente para la aparición de biomoléculas
en disolución acuosa.
Con respecto a la composición de la atmósfera y superficie
de Titán la misión espacial Cassini-Huygens nos informará detalladamente, cuando
el 27 de Noviembre del 2004, según lo previsto, el modulo huygens comience a transmitir
información conforme se adentra en la atmósfera de Titán; entonces se confirmarán
muchas de las hipótesis actuales y quien sabe si algún descubrimiento inesperado
nos permitirá soñar con la existencia de una química orgánica propicia para generar
vida.
OBJETIVOS CIENTÍFICOS DE
LA MISIÓN AEROESPACIAL CASSINI-HUYGENS EN TITÁN.
1. Determinar las abundancias
de los componentes atmosféricos. Establecer los isótopos de los elementos más
abundantes. Delimitar los escenarios de formación y evolución de Titán y su atmósfera.
2. Observar la distribución
vertical y horizontal de las trazas gaseosas. Búsqueda de moléculas orgánicas
complejas. Investigar la existencia de fuentes de energía para la química atmosférica.
Simular la fotoquímica de la estratosfera. Estudiar la formación y composición
de aerosoles.
3. Medida de los vientos y
temperaturas globales. Estudiar las nubes y la circulación general de la atmósfera,
así como, los efectos estacionales sobre ésta. Búsqueda de descargas luminosas.
4. Determinar el estado, topografía
y composición de la superficie. Inferir la estructura interna.
5. Investigar la atmósfera superior, su ionización y su rol co
BIBBLIOGRAFIA
1. Historia de la materia. León Garzón Ruiperez. Biblioteca básica Nobel.
2. La búsqueda de vida en otros planetas. Bruce Jakosky. Cambridge.
3. Curso en homenaje a Joan Oró en su 75 aniversario de la UIMP "El origen de la vida ¿en la ttierra y otros planetas?
4. Evolucion ambiental. Lynn Margulis. Alianza Universidad.
Passage to a ringed world. The Cassini-Huygens
mission to Saturn and Titan. NASA.