NeoFronteras

Cómo detectar vida en atmósferas anóxicas

Área: Biología,Espacio — viernes, 26 de enero de 2018

Un estudio sostiene que si un exoplaneta rocoso tiene en su atmósfera metano y dióxido de carbono en ausencia de monóxido de carbono, entonces posiblemente contenga vida.

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Buscamos vida en el Universo porque, en el fondo, nos buscamos a nosotros mismos. Queremos entender qué es la vida y entendernos mejor.

Al contrario que la Física o la Química, que son universales, la Biología es el resultado de las condiciones concretas que haya en un planeta determinado y de las contingencias que hayan sucedido allí. Depende de se su historia de arbitrariedad. Por eso la vida en la Tierra es tan preciosa, porque, haya lo que haya allá fuera, la vida de este planeta es única e irrepetible.

La vida extraterrestre posiblemente se base en el carbono en general, pero puede usar arsénico en lugar de fósforo o usar unas bases para su versión de ADN diferentes. Aunque los procesos químico-metabólicos sean parecidos, nunca dos vidas de distinta abiogénesis serán exactamente iguales.

Esto tiene dos consecuencias lógicas, una buena y otra supuestamente mala. La primera es que no va a venir ningún extraterrestre a comernos porque no le alimentaríamos y tampoco nos contagiaría con un virus mortal. La segunda es que da igual lo lejos que vayamos con una hipotética nave espacial, ningún exoplaneta será apropiado para que lo colonicemos porque la bioquímica de la vida que haya allí será incompatible con la nuestra.

Sin embargo, eso no quita para que pensemos cómo puede ser la vida allá fuera y cómo la podemos detectar, pues sin esto último da igual lo que especulemos, pues no sería ciencia.

La inercia de tratar de ver la misma vida que hay en la Tierra en otros planetas es difícil de parar. Y si bien ya no buscamos humanoides, buscamos planetas como la Tierra con las condiciones actuales que tiene la Tierra.

La realidad es que ni siquiera la vida tiene que darse alrededor de una estrella de tipo G como el Sol, simplemente porque no son las más abundantes. Las enanas rojas son más abundantes y, como las misión Kepler está demostrando, tienen toda una plétora de planetas propicios para la vida orbitándolas. El último estudio al respecto en ser publicado es uno en el que se afirma que dos planetas del sistema TRAPPIST-1 (a 40 años luz de nosotros) tienen altas posibilidades de ser habitables.

Así que un planeta habitable y habitado podría ser un planeta de tipo rocoso con agua liquida en su superficie orbitando alrededor de una enana roja. Pero este no tiene que estar cubierto necesariamente de vegetación y de animales que deambulen sobre su superficie.

La historia de la vida en la Tierra nos dice que durante miles de millones de años sólo hubo microorganismos en este planeta, pues la vida surgió hace 3800 millones de años (3,8 Ga) y la vida pluricelular hace sólo 600 millones de años. Así que, si alguna vez encontramos con nuestros telescopios un planeta habitado, lo más probable es que lo esté por microbios.

Si hacemos caso a Stephen J. Gould, la complejidad aparece simplemente porque ya no queda sitio hacia donde la vida microbiana pueda evolucionar al estar todos los nichos ocupados. La evolución no tiene ninguna tendencia intrínseca hacia la complejidad, así que sólo por este proceso descrito por Gould en Full House, no parece que la vida compleja aparezca al poco de darse la abiogénesis. Aunque la verdad es que no sabemos cuánto tarda la vida pluricelular en aparecer. En la Tierra necesitó más de 3000 millones de años, en otros sitios puede ser menos o puede ser incluso más. Puede que en incluso en algún planeta no se dé nunca. O puede que sea todo lo contrario y que la vida compleja sí aparezca al poco tiempo.

Si proyectamos el prejuicio de que un exoplaneta con vida tiene que ser un planeta como la Tierra lleno de vegetación y animales, entonces no sería difícil reconocer este tipo de planetas con los telescopios del futuro. Bastaría con tomar espectros (principalmente en el ultravioleta) de las atmósferas de los mejores candidatos y buscar un tipo de desequilibrio que nos es familiar: la presencia abundante de oxígeno libre.

El oxígeno libre es un gas muy reactivo que tiende a reaccionar casi con cualquier otro elemento o compuesto y a desaparecer de la atmósfera. Su presencia es un desequilibrio termodinámico que indica que este gas es reemplazado continuamente por un proceso como la fotosíntesis, un proceso fuera del equilibrio.

Así que si descubriéramos un exoplaneta con oxígeno libre en abundancia eso significaría que hay vida allí. Y, aunque haya poco de este gas, si hay metano entonces también hay un desequilibrio que indicaría la presencia de vida.

Lo malo es que puede haber vida en un planeta y no haber oxígeno libre o que su cantidad no sea detectable. Esto es lo que pasó en gran parte de la historia de la vida terrestre. Los geólogos todavía están debatiendo sobre cuánto y cuándo hubo oxígeno en la Tierra, pero no parece que este gas fuera abundante hasta tiempos relativamente recientes.

Además, el oxígeno constituyó una gas venenoso para los microorganismos del metano terrestre. La aparición de cianobacterias fotosintéticas relegó a las bacterias metanógenas y esto hizo que nuestro planeta fuera finalmente un lugar oxigenado y verde.

Pero las pruebas genéticas sugieren que la producción fotosintética de oxígeno alcanzada por estas cianobacterias fue una innovación evolutiva extraordinaria que sólo apareció una vez. Puede que en otros planetas no aparezca ninguna.

Si esta escasez de oxígeno es la norma y sólo nos dedicamos a buscar planetas con este gas, entonces puede que nunca descubramos vida allá afuera. Se necesita investigar sobre otros bioindicadores posibles, otros desequilibrios termodinámicos.

Esto es precisamente lo que han hecho David Catling, Joshua Krissansen-Totton (ambos de University of Washington) y Stephanie Olson (University of California, Riverside) en un estudio reciente.

Es relativamente fácil dejar que unos gases reaccionen (en el laboratorio o por simulaciones) usando la energía disponible y que alcancen el equilibrio para así ver qué gases son los resultantes. De este modo es posible saber qué mezclas de gases están o no fuera del equilibrio para saber si una atmósfera dada está influida por la vida o no.

Buscando otros desequilibrios distintos al de una atmósfera oxigenada, estos investigadores han llegado a la conclusión de que si hay dióxido de carbono y metano en cierta abundancia (que los provida marciana contengan su entusiasmo), entonces hay vida, sobre todo si hay muy poco monóxido de carbono.

El metano es una molécula en un grado de oxidación muy bajo, mientras que el dióxido de carbono está en una estado máximamente oxidado. El metano reaccionaría en una atmósfera anóxica con el dióxido de carbono y la lluvia haría caer los compuestos resultantes más pesados. Si no se reemplaza este metano por algún mecanismo, al final desaparece de la atmósfera. Por tanto, estos gases no pueden coexistir durante largo tiempo en una atmósfera. Si es así es porque algún proceso fuera del equilibrio, como la vida, produce ese metano al igual que hacen las bacterias metanógenas terrestres.

Hay proceso abióticos que generan dióxido de carbono y metano, pero estos suelen generar también monóxido de carbono. A la vida microbiana le gusta este gas porque todavía puede oxidarlo más y así conseguir energía. Si no está presente es porque hay vida, o bien porque esta produce metano o bien porque esta consume monóxido de carbono aunque no produzca el metano.

Calculan que si en un exoplaneta rocoso como la Tierra hay una abundancia de 0,1% de metano entonces está potencialmente habitado. Si la abundancia llega a un 1% o más, entonces es muy probable que lo esté.

Cuando se lance el James Webb Space Telescope se tratará de estudiar con él bioindicadores en planetas como los del sistema TRAPPIST-1 y otros similares. Este telescopio tiene la capacidad de tomar espectros en los que haya simultáneamente líneas espectrales de dióxido de carbono, metano y monóxido de carbono. Sin embargo, debido a que es un telescopio infrarrojo no podrá detectar oxígeno fácilmente en los espectros.

Puede que incluso nos toque la lotería científica y se financie el telescopio espacial LUVOIR de 9 metros, que sería capaz de ver en infrarrojo, visible y ultravioleta. Entonces la capacidad de analizar atmósferas de exoplanetas en busca de vida se dispararía.

Descubrir vida en otras partes de nuestra galaxia sería un hito científico u filosófico sin igual, aunque esta estuviera constituida por simples microbios.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5966

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración: NASA/Wikimedia Commons/Joshua Krissansen-Totton.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios »

  1. Miguel Ángel:

    Ampliando lo que comenta Neo sobre Stephen Jay Gould, la vida no exhibe ninguna tendencia hacia la pluricelularidad, sino que se llegaría a ella por un proceso pasivo.
    En el capítulo 9 de “La estructura de la teoría de la evolución”, habla sobre el árbol genealógico de la vida en el que la base se situaría en el centro y la primera rama de la izquierda sería la de las bacterias, la del centro para las arqueas y la rama de la derecha para los eucariotas:

    “Una vez surge la vida junto a ese muro izquierdo, por necesidad fisicoquímica, la historia subsiguiente de la expansión sesgada hacia la derecha es predecible como una constricción geométrica fundamental de esta condición inicial combinada con los principios del darwinismo…
    …Si la vida continua sumando taxones y modos de vida, entonces las constricciones estructurales del sistema virtualmente garantizan una distribución de complejidad cada vez más sesgada a la derecha, más como una inevitablidad geométrica que por cualquier ventaja general necesaramente conferida por la complejidad misma”.

  2. Miguel Ángel:

    *En la rama de la derecha a la que se refiere Gould, estarían los eucariotas uni y pluricelulares.
    El paso a la complejidad no obedece a otra ley que la “marcha del borracho”: puede ir en cualquier dirección, salvo cuando se estrella contra algún muro. Y así, dando tumbos, puede que en algún momento termine pasando por la calle de la complejidad, o quizá no llegue nunca y se pase miles de millones de años dando tumbos por calles unicelulares.

  3. tomás:

    Amigo Miguel:
    Aquí se extrañan de que el paso de uni- a pluricelular no se diera antes, ya que consiguen hacerlo en laboratorio:
    http://www.abc.es/20120117/ciencia/abci-científicos-recrean-primera-laboratorio-201201171106.html
    Creo que sucedió así porque en esos millones de años no tenían laboratorios.

  4. Quico:

    Con respecto a las posibilidades de vida en torno a Trappist (y en general en torno a estrellas mucho menores que el sol) no todo el mundo está de acuerdo con su fácil “habitabilidad”.He leído hace poco un artículo en Investigación y Ciencia (“El fin de la mediocridad Copernicana”) en que se afirma que en ese tipo de estrellas la zona “habitable” está tan cerca de la estrella que el acoplamiento de mareas las haría presentar siempre la misma cara hacia su estrella (como nuestro planeta Mercurio), lo que conllevaría problemas evidentes para la vida. Por otro lado también se dice que ese tipo de estrellas presentan profundas corrientes convectivas (que en el sol y otras estrellas mayores son superficiales) que provocan enormes fulguraciones coronales que podrían ser letales para la vida en planetas próximos.

  5. tomás:

    Aunque quizá me voy del tema, me gustaría que alguien me respondiese. En la peli “Gravity” cuando se ve el Sol, este despide fulgor muy patente, cuando yo creía que, en el espacio, fuera de la atmósfera, se vería de firma nítida, es decir como un círculo incandescente.
    Gracias a quien me ilustre.

  6. NeoFronteras:

    Puede haber un eyección de masa coronal, pero si no es así entonces es una licencia cinematográfica. Esa peli presenta algunas de estas licencias.

  7. Miguel Ángel:

    Querido amigo Tomás:

    A ver si ahora funciona tu enlace: http://www.abc.es/20120117/ciencia/abci-cientificos-recrean-primera-laboratorio-201201171106.html

    Lo que han logrado es que las levaduras crezcan en colonias estables, pero están compuestas por bacterias iguales unas a otras, sin especializar en una función concreta.
    Si es así, hablar primer paso a la pluricelularidad me parece gratuito, porque en el medio natural podemos encontrar colonias parecidas, pero la evolución no ha producido nada más complejo en el reino de las bacterias (ni tampoco los investigadores de los que hablamos). La pluricelularidad solamente ha avanzado en los eucariotas.

    A primera vista, puede parecernos sencillo el paso a la pluricelularidad, pero pensemos en la mucho que ha tardado tanto en aparecer en la evolución. Hemos apelado a los niveles bajos de oxígeno, pero vimos muy recientemente un estudio que cuestiona esta hipótesis, proponiendo que el paso a la pluricelularidad obedeció a motivos genéticos.

    Por otra parte, me parece buena la explicación de los nichos de Gould, porque si pensamos en un pluricelular muy simple (como la podría ser la colonia de levaduras de la que hemos hablado), su nicho se solaparía en casi todas sus coordenadas con el de las propias levaduras individuales, ya que tanto la colonia como la levadura individual consumen los mismos recursos y tienen los mismos sistemas metabólicos.

    Abrazos.

  8. Miguel Ángel:

    *¡Uy, uy, uy!, he metido bastante la pata: la levadura de la cerveza es un hongo…o sea, que me retracto de los primeros párrafos, pero no del todo porque tampoco es que los hongos pluricelulares sean muchos más complejos que los unicelulare., Tampoco de la conclusión final, que me parece la más consistente, de la mano de Gould.

  9. tomás:

    No te preocupes, querido Miguel: a mí se me coló el acento en el enlace y a ti la bacteria en la cerveza. Lo importante es lo que dices. Y gracias por corregirme.
    Un abrazo.

  10. Miguel Ángel:

    ¡Un saludo, Quico! Efectivamente, hay estudios en la dirección que señalas. Podemos decir que un planeta que presente siempre la misma faceta hacia su estrella supondría un obstáculo para la vida que conocemos, pero posiblemente también sepas que hay modelos que explican que la vida sí que sería posible en una franja del planeta que se mantendría tibia.
    Del mismo modo, la radiación puede ser un obstáculo para la vida en la superficie, pero bastan unos pocos metros de agua para absorberla (tampoco descarta la vida acuática).

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