La Astrobiología: El Origen de la Vida en el contexto del Universo

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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