Para comprender el Universo tenemos que estudiar sus componentes, tenemos que saber de qué está hecho. La componente clásica del Universo, la que corresponde a materia y energía similares a lo que vemos a nuestro alrededor en galaxias, estrellas y planetas es una parte minoritaria: menos que el 5%. El resto está constituido por componentes exóticos, llamados por nuestro desconocimiento, simplemente energía y materia oscura.

Las leyes de la Física, aplicables a toda la materia y la energía, tienen sin duda un papel fundamental en la comprensión del Universo y por ello la Astrofísica ha tenido un desarrollo espectacular en los últimos tiempos a pesar de la escasez de materia como la que conocemos.

Los constituyentes básicos de la materia másica conocida son los fermiones como los “quarks” (púrpura) y “leptones” (verde). Los bosones (rojo) son “materia no-másica”, simplemente son las partículas mediadoras de las fuerzas fundamentales: El fotón para el electromagnetismo, el Gluón para la fuerza nuclear fuerte, las partículas W⁺ y W^– más la Z⁰ intervienen en la fuerza nuclear débil.

 

 

La densidad media de sus constituyentes primarios es de un 68,3 % de energía oscura, un 26,8 % de materia oscura fría y un 4,9% de materia ordinaria, según datos recogidos por la sonda Planck.

Por otro lado, como el Universo es muy grande, las densidades medias son muy bajas y la materia se encuentra normalmente en estructuras muy simples, en forma de átomos y partículas individuales. La composición química del Universo y sus procesos son por ello también importantes para comprender su evolución, dando pie al uso más o menos extendido de astro-química. Sin embargo, las moléculas complejas son relativamente raras y los organismos vivos muchísimo más.

La parte Biológica del Universo que conocemos se reduce a nuestro propio planeta por lo que parece excesivo poder hablar de Astrobiología. Por qué tenemos que preocuparnos por una parte tan ínfima del Universo. Ciertamente porque los seres humanos pertenecemos a esta extraña componente y, ya que no podemos reproducir en el laboratorio el paso de la química a la biología, es en el contexto del Universo (el gran Laboratorio) y su evolución en el que podemos analizar los límites y las condiciones necesarias para que emerja la vida en cualquier sitio, dando pleno sentido al uso del término como veremos a continuación.

Único lugar conocido donde la vida emergió, ahí podemos contemplar un trozo del planeta Tierra al atardecer mostrando parte de Europa

La Astrobiología es una ciencia que ha surgido en la frontera entre varias disciplinas clásicas: la Astronomía, la Biología, la Física, la Química o la Geología. Su objetivo final es comprender cómo surgió la vida en nuestro Universo, cómo se distribuye y cuál es su evolución primitiva, es decir, cómo pudo establecerse en su entorno.

En otras palabras, trata de comprender el papel de la componente biológica del Universo, conectando la astrofísica y la astro-química con la biología. Intenta para ello comprende el origen de la vida. : El paso de los procesos químicos prebióticos a los mecanismos bioquímicos y a la biología propiamente dicha.

Naturalmente, en Astrobiología nos planteamos preguntas fundamentales, como la propia definición de lo que entendemos como Vida, cómo y cuándo pudo surgir en la Tierra, su existencia actual o en el pasado en otros lugares o si es un hecho fortuito o una consecuencia de las leyes de la Física. Algunas de estas cuestiones se las viene formulando la humanidad desde el principio de los tiempos, pero ahora por primera vez en la historia, los avances de las ciencias biológicas y de la exploración mediante tecnología espacial, es posible atacarlas desde un punto de vista puramente científico. Para ello, la Astrobiología centra su atención en estudiar cuáles son los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la aparición de la vida y su adaptabilidad, todo ello en el contexto de la evolución y estructuración, u auto-organización, del Universo.

Como cualquier otra ciencia, la Astrobiología está sujeta a la utilización del método científico y por tanto a la observación y experimentación junto con la discusión y confrontación abierta de las ideas, el intercambio de datos y el sometimiento de los resultados al arbitraje científico. La clave de la metodología de esta nueva ciencia está en la explotación de las sinergias que se encuentran en las fronteras entre las disciplinas básicas mencionadas anteriormente, una región poco definida, cuyos límites se fijan más por la terminología que por criterios epistemológicos.

Un aspecto importante de la investigación en el campo de la Astrobiología es la herramienta fundamental que representa el concepto de complejidad. La vida es un proceso de emergencia del orden a partir del caos que puede entenderse en medios no aislados y, por tanto libres de la restricción de la segunda ley de la termodinámica, como un proceso complejo. En este sentido, la emergencia de patrones y regularidades en el Universo, ligados a procesos no lineales, y el papel de la auto-organización representan aspectos esenciales para comprender el fenómeno de la vida. Transiciones de estado, intercambios de información, comportamientos fuera de equilibrio, cambios de fase, eventos puntuales, estructuras autorreplicantes, o el propio crecimiento de la complejidad, cobran así pleno sentido en Astrobiología.

Un elemento crucial para la vida, en la Tierra lo tenemos en tres estados: líquido, sólido y gaseoso.

Un problema básico de esta ciencia, ya mencionado al principio, es la cantidad de datos disponibles, de sujetos de estudio. No conocemos más vida que la existente en la Tierra y ésta nos sirve de referencia para cualquier paso en la búsqueda de otras posibilidades. La astrobiología trata por ello de analizar la vida más primitiva que conocemos en nuestro planeta así como su comportamiento en los ambientes más extremos que encontremos para estudiar los límites de su supervivencia y adaptabilidad. Por otro lado, busca y analiza las condiciones necesarias para la aparición de entornos favorables a la vida, o habitables, en el Universo  mediante la aplicación de métodos astrofísicos y de astronomía planetaria. Naturalmente, si identificáramos sitios en nuestro sistema solar con condiciones de habitabilidad sería crucial la búsqueda de marcadores biológicos que nos indiquen la posible existencia de vida presente o pasada más allá de la distribución de la vida en el Universo o, en caso negativo, acotaríamos aún más los límites de la vida en él.

Encontrar un “punto azul pálido” o “segunda Tierra” dentro de una zona habitable que contenga agua y condiciones ambientales que puedan sustentar vida, constituye el Santo Grial de la ciencia. Cuántas veces nos habremos preguntado:  ¿Estamos solos?

Diferentes condiciones ambientales pueden haber dado lugar a la vida e incluso permitido la supervivencia de algunos organismos vivos generados de forma casual, como experimento de la naturaleza. La Astrobiología trata de elucidar el papel de la evolución del Universo, y especialmente de cuerpos planetarios, en la aparición de la vida. En esta búsqueda de ambientes favorables para la vida, y su caracterización, en el sistema solar, la exploración espacial se muestra como una componente esencial de la Astrobiología. La experimentación en el laboratorio y la simulación mediante ordenadores o en cámaras para reproducir ambientes distintos son una herramienta que ha de ser complementada por la exploración directa a través de la observación astronómica, ligada al estudio de planetas extrasolares, o mediante la investigación in situ de mundos similares en cierta forma al nuestro, como el planeta Marte o algunos satélites de los planetas gigantes Júpiter y Saturno.

Viendo al planeta Saturno desde los mares de metano de Titán, nos tenemos que preguntar si por ahí cerca se estarán preparando las condiciones para una vida extrasolar futura, o, si acaso, está ya ahí presente.

La componente instrumental y espacial convierte a la Astrobiología en un ejemplo excelente de la conexión entre ciencia y tecnología. Los objetivos científicos de la Astrobiología, hemos visto, que requieren un tratamiento trans-disciplinar, conectando áreas como la física y la astronomía con la química y la biología. Esta metodología permite explotar sinergias y transferir conocimiento de unos campos a otros para beneficio del avance científico. Pero además, la Astrobiología está íntimamente ligada a la exploración espacial que requiere el desarrollo de instrumentación avanzada. Se necesitan tecnologías específicas como la robótica o los biosensores habilitadas para su empleo en condiciones espaciales y entornos hostiles muy diferentes al del laboratorio. Naturalmente la Astrobiología emplea estos desarrollos también para transferir conocimiento y tecnologías a otros campos de investigación científica y en particular, cuando es posible, incluso al sector productivo.

Recreación artística de Gliese 81 b, el primer planeta que los astrónomos consideran potencialmente habitable. EFE

Pero repasemos, para terminar, cuáles son las áreas científicas propias de la Astrobiología. Como se ha dicho, es una ciencia interdisciplinar para el estudio del origen, evolución y distribución de la vida en el Universo. Para ello requiere una comprensión completa e integrada de fenómenos cósmicos, planetarios y biológicos. La astrobiología incluye la búsqueda y la caracterización de ambientes habitables en nuestro sistema solar y otros planetas alrededor de estrellas más alejadas, la búsqueda y análisis de evidencias de química prebiótica o trazas de vida larvada o extinguida en cuerpos del sistema solar como Marte o en lunas de planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Asimismo se ocupa de investigaciones sobre los orígenes y evolución de la vida primitiva en la Tierra analizando el comportamiento de micro organismos en ambientes extremos.

Desde el punto de vista más astronómico, la Astrobiología estudia la evolución química del Universo, su contenido molecular en regiones de formación estelar, la formación y evolución de discos proto-planetarios y estrellas, incluyendo la formación de sistemas planetarios y la caracterización de planetas extrasolares. En este campo en particular se han producido avances recientes muy importantes con la obtención de imágenes directas de planetas extrasolares y la identificación de algunos de ellos como puntos aislados de su estrella central gracias a técnicas de interferometría.

Observatorio Espacial Herschel

El Laboratorio Espacial Herschel que penetra en lo más profundo del Cosmos tratando de desvelar lo esencial para desentrañar los procesos de formación estelar. La caracterización de atmósferas de planetas extrasolares con tránsitos han permitido detectar CO₂ en la atmósfera de otros mundos y se ha descubierto el planeta más parecido a la Tierra por su tamaño y suelo rocoso aunque con un período demasiado corto para ser habitable. El lanzamiento de la misión Kepler de la NASA nos permite abrigar esperanzas de encontrar finalmente un planeta “hermano” del nuestro en la zona de habitabilidad de otra estrella.

Los satélites Herschel y Planck

La Zona Habitable (HZ) está comprendida por el rango de distancias desde una estrella en las que el agua líquida puede existir. También el rango de tipos de estrellas que puede tener planetas está limitado a aquellas estrellas en las cuales puede haber el tiempo tiempo suficiente como para que se formen planetas. El espacio de búsqueda incluye la mayoría de HZ de todas las estrellas menos masivas que las espectrales tipo A.

El campo de la Astronomía planetaria, la Astrobiología estudia la evolución y caracterización de ambientes habitables en el sistema solar con el fin de elucidar los procesos planetarios fundamentales para producir cuerpos habitables.

Esto incluye el análisis de ambientes extremos y análogos al de Marte en nuestro planeta, como resulta serla cuenca del Río Tinto en Huelva, así como la exploración de otros cuerpos del sistema solar, Marte en particular.

Imagen del Río Tinto en Huelva. ¿No os parece cualquier lugar de Marte?

El descubrimiento en Marte de agua en forma de hielo así como las claras evidencias de la existencia de agua líquida en su superficie en el pasado, proporcionadas por la observación de modificaciones de la componente mineralógica atribuidas al agua líquida en el subsuelo. Hoy por hoy, se considera que la presencia de agua líquida es una condición necesaria, aunque no suficiente, para la aparición de la vida ya que proporciona el caldo de cultivo para que las moléculas prebióticas se transformen en microorganismos biológicos.

En estas investigaciones el estudio del satélite Titán de Saturno mediante la sonda europea Huygens ha marcado un hito importante al acercarnos a un entorno prebiótico donde el metano ejerce un papel dominante.

En este sentido la posibilidad de explorar el satélite Europa, alrededor de Júpiter, es un claro objetivo de la Astrobiología dado que la espesa corteza de hielo que lo cubre puede esconder una gran masa de agua líquida.

Finalmente, la Astrobiología también contempla una serie de actividades más próximas al laboratorio en el que se analiza la evolución molecular, desde la química prebiótica, pasando por la adaptación molecular, hasta los mecanismos bioquímicos de interacción y adaptación al entorno. En este campo son muy importantes los estudios centrados en los límites de la biología, como la virología, y herramientas para la comprensión de los mecanismos de transmisión de información, de supervivencia y adaptabilidad, como las cuasi-especies. Entre los últimos avances de la química prebiótica de interés para la Astrobiología se encuentra el análisis de la quiralidad, una preferencia de la química de los organismos vivos por una simetría específica que nos puede acercar al proceso de su formación durante el crecimiento de la complejidad y la jerarquización de los procesos. Naturalmente, los mecanismos de transferencia de información genética resultan críticos para comprender la adaptabilidad molecular y son otro objetivo prioritario de la Astrobiología.

emilio silvera

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“La visión de la Tierra como centro del universo fue ampliamente aceptada durante aproximadamente 1500 años. No fue seriamente puesta en duda hasta 1543, cuando Nicolás Copérnico sugirió que el Sol era el centro del Universo. Bueno, en realidad esa predicción la hizo muchos años antes, en el siglo III a. C., Aristarco de Samos y sus coetáneos no le prestaron la menor atención.”

 

¡Nuestros predecesores! Para ellos, era absolutamente evidente que la Tierra fuera estable y que estaba inmóvil. Éramos el centro del Universo. La ciencia occidental moderna parte de la negación de este axioma derivado del sentido común. Tal negación, origen y prototipo de las mayores paradojas de la ciencia, constituiría nuestra invitación a un mundo invisible e infinito. Llegó un día en que el hombre, se dio cuenta de la desnudez de sus sentidos. El Sentido común, pilar de la vida cotidiana, ya no servía para gobernar el mundo. En el momento en que el conocimiento “científico”, sofisticado, dio lugar a verdades incuestionables, las cosas dejaron de ser lo que parecían.

Las cosmologías antiguas utilizaban mitos pintorescos y convincentes para adornar los veredictos del sentido común y para describir los movimientos de los cuerpos celestes. En los muros de las tumbas de los faraones egipcios del valle de los Reyes encontramos vistosas representaciones del dios del aire sosteniendo la cúpula celeste por encima de la tierra. Asimismo, observamos que el dios del sol, Ra, conduce su barca cada día por el cielo y que, cada noche, en otra barca que surca las aguas por debajo de la tierra, retorna al punto de partida de su viaje diurno, que vuelve a iniciar. Como hemos visto, esta visión mítica no impidió que los egipcios elaboraran el más preciso de los calendarios solares, que fue utilizado durante miles de años. Para los egipcios, tales mitos tenían sentido, no contradecían lo que veían cada día y cada noche con sus ojos.

Con el tiempo, todo aquello cambió, y, la mente humana evolucionó. ¿Por qué se tomó Nicolás Copérnico tantas molestias para desplazar un sistema que era sostenido con firmeza por la experiencia cotidiana, la tradición y la autoridad? Cuánto más nos familiarizamos con la era de Copérnico, vemos con mayor claridad que los que no se dejaban convencer por él simplemente demostraban sensatez. Las pruebas de que disponían no exigían una revisión del sistema. Habrían de pasar varias décadas para que los astrónomos y matemáticos reunieran datos nuevos y hallaran nuevos instrumentos, y al menos un siglo para que los legos se convencieran de lo que era contrario al sentido común. Lo cierto es que, pese a todas las modificaciones ideadas por astrónomos y filósofos, el esquema antiguo no incluía todos los datos conocidos. Pero tampoco lo hizo la simplificación de Copérnico.

Parece que no era la fuerza de los hechos sino una preocupación estética y metafísica lo que empujaba a Copérnico. Se le ocurrió que un sistema diferente sería mucho más hermoso. Su mente inquieta y su atrevida imaginación hicieron el resto. Como astrónomo, Copérnico no era más que un aficionado. No se ganaba la vida con la Astronomía ni con ninguna aplicación de esta ciencia. Al menos desde el punto de vista actual, era extraordinariamente polifacético, lo que le sitúa en la línea central del alto Renacimiento. Nació cuando Leonardo da Vinci se encontraba en plena actividad y fue contemporáneo de Miguel Ángel.

Nicolás Copérnico y la revolución del cosmos

 

 

Copérnico se daba cuenta de que su sistema parecía transgredir el sentido común. Por esa misma razón, sus amigos habían tenido que “instarlo e incluso apremiarlo hasta el fastidio” para que publicara la obra. “Insistían en que, si bien era posible que al principio mi teoría sobre el movimiento de la Tierra pareciera extraña, resultaría admirable y aceptable una vez que la publicación de mis comentarios aclaratorios disipara las brumas de la paradoja”.

Con todo esto, sólo quiero dejar una pequeña muestra de la dificultad con la que hemos ido avanzando en el camino de la Ciencia. No siempre ha sido un camino de rosas el poder enseñar al mundo la verdadera faz de la Naturaleza, todo vez que, el mundo, la que veía era otra muy distinta y, sus sentidos, se negaban a admitir que las cosas pudieran ser diferentes a como ellos la podían ver.

                 Galileo por Leoni

Galileo que era un científico de vocación, escribió un libro que se trataba de “dos ciencias nuevas”, una que se ocupaba de la mecánica y otra de la resistencia de los materiales. Como era costumbre en la época, también ese libro fue escrito en italiano y adoptó la forma de diálogo sostenido entre los personajes Salvati, Sagredo y Simplicio. Dado que la Inquisición había prohibido todos sus libros, la obra hubo de ser sacada furtivamente del país para que la publicaran los Elzevir en Leyden. Este fue el último libro de Galileo y en él ponía los cimientos sobre los cuales Huygens y Newton construirían la ciencia de la dinámica y, finalmente, una teoría de la gravitación universal.

El microscopio y el telescopio fueron ambos productos de la misma era, pero mientras que Copérnico y Galileo se han convertido en héroes populares, en los profetas de la modernidad, Hooke y Leeuwenhoek, sus equivalentes en el mundo microscópico, han quedado relegados al panteón de las ciencias especializadas. Copérnico y Galileo desempeñaron importantes papeles en la tan conocida batalla entre “ciencia” y “religión”; no sucedió lo mismo con Hooke y Leewwenhoek.

Los astrónomos de todo el planeta conmemoran este martes el cuarto centenario del reconocimiento oficial por parte de las autoridades de la República de Venecia del primer telescopio, un invento del científico italiano Galileo Galilei (1564-1642) que cambió para siempre el rumbo de la Astronomía.

 

No se sabe quién inventó el microscopio. El principal candidato es Zacharias Jansen, humilde fabricante de anteojos de Middelburg. Si sabemos que el microscopio como las gafas y el telescopio, se usaban mucho antes de que se comprendieran los principios de la óptica, y probablemente su invención fue tan accidental como la del telescopio. No podía haber sido inventado por alguien que quisiera echar una mirada al mundo microscópico nunca imaginado hasta entonces.

Poco después de que fueran fabricados los primeros telescopios, la gente los utilizaba para ver ampliados objetos cercanos. En 1614, Galileo le decía a un visitante: “Con este tubo he visto moscas que parecían tan grandes como corderos, y he comprobado que están cubiertas de pelo y tienen unas uñas muy afiladas mediante las cuales se sostienen y andan sobre el cristal, aunque estén patas arriba, insertando la punta de las uñas en los poros del cristal”.

El aparato llamó la atención del ejército para tener más localizado al enemigo lejano. Más tarde, a Galileo se le ocurrió apuntar su telescopio hacia el cielo, y, ya nunca lo apartó de él. Con aquel simple movimiento, él, cambiaría el mundo y, la Tierra, entró a formar parte de un Sistema mayor que ahora llamamos Universo.

Claro que, lo mismo que se descubrió el mundo de lo muy grande, y, paralelamente, también se descubriría el mundo de lo muy pequeño.
Al igual que el Telescopio había unido la Tierra y los cuerpos celestes más distantes en un solo esquema de pensamiento, las imágenes del microscopio revelaban un mundo minúsculo que se asemejaba de modo sorprendente al que se veía diariamente a gran escala. En Historias Insectorum Generalis, Jan Swammerdam desmostraba que los insectos, como los animales “superiores” poseían una intrincada anatomía y no se reproducían por generación espontánea. En el microscopio vio que los insectos se desarrollaban igual que el hombre, por epigénesis, o desarrollo gradual de un órgano después de otro. Con todo, sobrevivió la creencia en otras formas de generación espontánea, hasta que, en el siglo XIX, Luis Pasteur realizó sus brillantes experimentos.

El microscopio abrió las puertas de oscuros continentes en los que nunca se había entrada con anterioridad y que en muchos sentidos eran fáciles de explorar. Las grandes travesías marítimas habían exigido grandes inversiones, en genio organizador, capacidad de liderazgo y el de carisma de personajes como Colón, Magallanes o Vasco de Gama. La exploración astronómica exigía coordinación de las exploraciones realizadas en distintos lugares y con medios cada vez más costosos. Pero un hombre sólo, situado en cualquier parte con un microscopio, podía aventurarse por vez primera por vericuetos a los que no habían llegado los expertos navegantes o los valerosos pilotos.

Antoni van Leeuwenhoek fue con su microscopio el primer promotor de esta nueva ciencia de la exploración de otros mundos que resultaron estar en este. Sería bonito relatar aquí la historia del personaje pero, no tenemos el espacio necesario para ello.

Os contaré que, en una ocasión, disponiendo de un microscópico, comenzó a buscar algo que hace con él. En septiembre de 1674, por pura curiosidad, llenó un frasco de cristal de un agua turbia y verdosa, que la gente de campo llamaba “rocío de miel”, procedente de un lago pantanoso situado a tres kilómetros de Delft, y bajo la mente de aumento descubrió “muchísimos animáculos diminutos”. A continuación dirigió su microscopio hacia una gota de agua de pimienta, infusión a base de pimienta negra utilizada en sus observaciones:

“Entonces vi con claridad que se trataba de pequeñas anguilas o lombrices apiñadas y culebreando, igual que si viera en un charco lleno de pequeñas anguilas y agua, todas retorciéndose por encima de otras, y parecía que toda el agua estaba vivía y llena de estos múltiples animáculos. Para mí, ésta fue, entre todas las maravillas que he descubierto en la naturaleza, la más maravillosa de todas; y he de decir, en lo que a mí concierne,  que no se ha presentado ante mis ojos ninguna visión más agradable que esos miles de criaturas vivientes, todas vivas en un diminuta gota de agua, moviéndose unas junto a otras, y cada una de ellas con su propio movimiento…”

                                       Escherichia coli

                                                                   Borrelia burgdorferi

                                                                           Cyanobacterium

           Anabaena sp. (cyanobacterium) and Netrium and Zygnema sp. (green algae)

          Holospora undulata

                                     Chromatium

                    Achromatium

Tras descubrir el mundo de las bacterias, Leeuwenhoek prosiguió la tarea dignificando a estos individuos. Contradiciendo los dogmas aristotélicos relativos a los “animales inferiores”, declaró que cada uno de estos animáculos disponía de la dotación completa de órganos corporales necesarios para el tipo de vida que llevaba.

Con todo este pequeño recorrido, en el que he tomado algunos ejemplos al azar, sólo he querido significar que, la Ciencia, a lo largo de la historia de la Humanidad, ha ido tomando diversos caminos y, unas veces debido a mentes preclaras que tenían el don de “ver” lo que otros no podían, y, otras veces, por hechos del destino y la casualidad o el azar, el hombre, ha podido ir avanzando y conociendo el mundo en el que le ha tocado vivir y, al decir mundo, me refiero no sólo a la Tierra, sino que, me estoy refiriendo al Universo, tanto de lo grande como de lo pequeño.

            Lo cierto es que convivimos con ellos con los que hemos adoptado la simbiosis necesaria

Ahora sabemos que, si nosotros estamos aquí, tal presencia es posible gracias a la existencia de esos minúsculos animáculos que descubriera Leeuwenhoek que, en sus diferentes dominios, hacen lo necesario para que nosotros podamos vivir en simbiosis con ellos y, además, son los verdaderos responsables del clima del planeta que nos permite llevar una vida tranquila gracias a la atmósfera que dichos bichitos fabrican para nosotros.

¡La Ciencia! Son tantas cosas.

emilio silvera

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