¿Qué valor puede tener un planeta sin la presencia de diversas formas de vida?

Cuando pensamos en la edad y el tamaño del universo lo hacemos generalmente utilizando medidas de tiempo y espacio como años, kilómetros o años-luz. Como ya hemos visto, estas medidas son extraordinariamente antropomórficas. ¿Por qué medir la edad del universo con un “reloj” que hace “tic” cada vez que nuestro planeta completa una órbita alrededor de su estrella madre, el Sol? ¿Por qué medir su densidad en términos de átomos por metro cúbico? Las respuestas a estas preguntas son por supuesto la misma: porque es conveniente y siempre lo hemos hecho así.

             Imaginar y adquirir consciencia del tamaño real del Universo… ¡No es cosa fácil!

?93.000 millones de años luz de diámetro? Solo el universo observable…. ¿Cómo imaginar esa asombrosa realidad, si las medidas del Universo no son Humanas?

Las dimensiones del Universo no son humanas, al descubrir las verdaderas distancias entre las estrellas y las galaxias, y, cuando nuestros grandes telescopios pudieron alcanzar (casi) los confines del Cosmos inconmensurable, nos vinos obligados a inventar una serie de unidades que pudieran mostrarnos esas asombrosas travesías entre galaxias, estrellas, y demás regiones del Universo. Las Unidades Astronómicas, los años luz, parsec…. Y otros

Distancias Interestelares

Las distancias en el espacio se miden con la utilización de los años luz , dado que los kilómetros no sirven para medir las enormes distancias que existen en el espacio. Los astrónomos utilizan como medida los años luz o los pársecs (1 pársec=3,26 años luz). La estrella más cercana al Sol se encuentra a unos cuatro años luz. En el interior del Sistema Solar los astrónomos utilizan la unidad astronómica (UA), que equivale a 150 millones de kilómetros y es la distancia media entre el Sol y la Tierra.

La velocidad de la luz procedente de una galaxia lejana puede haberse emitido antes de que se formara la Tierra. No hay nada más rápido que la luz, que viaja a una velocidad constante en el vacío de 299.792,49 km/s, pero las distancias espaciales son tan grandes que incluso la luz procedente de la estrella más cercana a la Tierra (después del Sol) tarda 4,2 años en llegarnos. La unidad de medida es el año luz, que equivale a la distancia que recorre la luz en un año, es decir 946 billones de kilómetros.

Imagen del “Primer Campo Profundo” del telescopio James Webb que ha permitido estudiar la luz intra-cumular del cúmulo SMACS-J0723.3-7327. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI

 A medida que examinamos volúmenes cada vez mayores del Universo, la densidad de material que encontramos sigue disminuyendo hasta que salimos de las dimensiones de los cúmulos de galaxias. Cuando llegamos a dicha escala, la acumulación de materia empieza a desvanecerse y se parece cada vez más a una minúscula perturbación aleatoria de un mar uniforme de materia, con una densidad de aproximadamente un átomo por cada metro cúbico.

 A medida que buscamos en las mayores dimensiones visibles del Universo, encontramos que las desviaciones de la uniformidad perfecta de la materia y la radiación se quedan en un bajo nivel de sólo una parte en cien mil. Esto nos muestra que el Universo no es lo que se ha llegado a conocerse como un fractal, en donde la acumulación de materia en cada escala parece una imagen ampliada de la escala superior siguiente.

El universo observable actual parece tener un espacio-tiempo geométricamente plano, conteniendo una densidad masa-energía equivalente a 9,9 × 10⁻³⁰ gramos por centímetro cúbico.

Que el Universo posea una densidad muy baja no es un accidente. La expansión del Universo relaciona su tamaño y su edad con la atracción gravitatoria del material que contiene. Para que el Universo se expanda el tiempo suficiente para permitir que los ladrillos de la vida se formen en los interiores de las estrellas debe tener una edad de miles de millones de años. Esto significa que debe tener una extensión de de miles de millones de años luz y poseer una densidad de materia promedio muy pequeña y una temperatura muy baja.

¡Vaya! No era a esta clase de medidas a las que me refiero abajo que son unidades “naturales” para medir masa, longitud y tiempo.

Ésta es una situación en donde resulta especialmente apropiado utilizar las unidades “naturales”; la masa, longitud y tiempo de Stoney y Planck, las que ellos introdujeron en la ciencia física para ayudarnos a escapar de la camisa de fuerza que suponía la perspectiva centrada e el ser humano.

Es fácil caer en la tentación de mirarnos el ombligo y no hacerlo al entorno que nos rodea. Muchas más cosas habríamos evitado y habríamos descubierto si por una sola vez hubiésemos dejado el ego a un lado y, en lugar de estar pendientes de nosotros mismos, lo hubiéramos hecho con respecto a la naturaleza que, en definitiva, es la que nos enseña el camino a seguir.

Después de identificar las galaxias en imágenes bidimensionales como la mostrada arriba a la derecha, se mide la distancia para crear el mapa tridimensional. El SDSS actualmente reporta información en tres dimensiones para más de 200 000 galaxias, rivalizando con el conteo de galaxias en 3D del mapa celeste de Campo en Dos Grados.

La edad actual del universo visible ≈ 10⁶⁰ tiempos de Planck

Tamaño actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ longitudes de Planck

La masa actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ masas de Planck

                         Vemos así que la bajísima densidad de materia en el universo es un reflejo del hecho de que:

Densidad actual del universo visible ≈10^-120 de la densidad de Planck

Y la temperatura del espacio, a 3 grados sobre el cero absoluto es, por tanto

Temperatura actual del Universo visible ≈ 10^-30 de la Planck

Estos números extraordinariamente grandes y estas fracciones extraordinariamente pequeñas nos muestran inmediatamente que el universo está estructurado en una escala sobrehumana de proporciones asombrosas cuando la sopesamos en los balances de su propia construcción.

Por si alguien tiene curiosidad y la cifra le dice algo, el tiempo de Planck equivale a 5.39124 x 10^–44 segundos, es decir, a: 0,000000000000000000000000000000000000000000539124 segundos. Este número es el mínimo tiempo en el que puede ocurrir algo, digamos, con sentido.

Con respecto a sus propios patrones, el universo es viejo. El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck. Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser.

Pero, pese a la enorme edad del universo en “tics” de Tiempo de Planck,  hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

                                 La vida que surgió en el planeta Tierra a partir del polvo de estrellas

¿Por qué nuestro universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica. Pero los universos viejos también tienen sus problemas. Conforme para el tiempo en el universo el proceso de formación de estrellas se frena. Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habrían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas. Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas. Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar trabajo. La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semividas más largas. Los nuevos planetas serán menos activos geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan el vulcanismo, la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta. Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

                                    En lugares como este se forman los elementos de la vida

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre las atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y, a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad. En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar. Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es. Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagar infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores.

Esta marca oscura y estirada es la última cicatriz de impacto de Júpiter, un penacho de restos creado mientras un pequeño asteroide o un cometa se desintegraba tras zambullirse en el interior de la atmósfera del gigante gaseoso.

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas. Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra, habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la Luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta. La caída en el planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución.

Cuando comento este tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron. Sin embargo, aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo. Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos. Se desarrolló la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores. Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros. Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros, en comparación, llevamos tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

Después de los Dinosaurios surgieron otras formas de vida que, evolucionadas, llegaron hasta aquí (arriba la muestra).

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro. Al menos, en el primer sistema solar habitado observado, ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales; el t(bio) – tiempo biológico para la aparición de la vida – algo más extenso.

                                               La atmósfera actual requirió un largo proceso

Muchos son los parámetros a tener en cuenta para llegar a la formación de nuestra atmósfera planetaria y todo el ecosistema que tenemos y del que podemos disfrutar. Claro que, nadie cae en la cuenta de que, eso lo tenemos y es posible, gracias a unos “seres” infinitesimales,los procariotas que realizan el “milagro”.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la fotodisociación de vapor de agua. En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un universo grande y frío en el que es difícil la aparición de la vida, y en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

                                              Aurora boreal

Formación de Auroras Boreales y Australes, Cinturones de Van Allen, Ciclo del Agua, Formación de Nubes, Tipos de Nubes, Cristales de Hielo y Nieve, Niebla, Vientos, Ciclones y anticiclones, Formación de Tornados, Formación de Huracanes, Relámpagos, Refracción de la Luz, Corrientes Oceánicas, Capa de Ozono, Patrones de Temperatura, Patrones Precipitación, Origen de la Atmósfera, Termómetro, Termímetro, Barómetro, Pluviómetro.

¿Formas de vida basadas en el Silicio? No podemos negarlo. Si fuésemos a otros mundos, nos podríamos encontrar con muchas sorpresas, incluso cruzarnos con formas de vida que no podríamos reconocer. según la biología, es difícil que basadas en el silicio puedan surgir formas de vida, el elemento no tiene las mismas prestaciones que el Carbono. Sin embargo… ¿Cómo descartarlo?

La luna Titán tiene una atmósfera parecida a la de la Tierra hace millones de años. Podría existir allí alguna clase de vida?

Para que en un mundo está presente la Vida:

El cuerpo celeste en cuestión también tiene que cumplir una serie de características para que la vida pueda mantenerse.

• Abundancia de elementos químicos como el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno para formar compuestos orgánicos.
• Que el planeta/satélite se encuentre dentro de la zona de habitabilidad de su estrella. Resumidamente, que orbite a una distancia que permita unas temperaturas ni muy altas ni muy bajas.

No sabemos, si en nuestro propio mundo y en otros situados en lejanas galaxias, podrían existir algunos mundos que alberguen formas de vida no basadas en el Carbono.

                                  La Biología no descarta nada

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono. La mayoría de las estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el universo se centran en formas de vida similares a nosotros que habiten en planetas parecidos a la Tierra y que necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc. En este punto, parece lógico recordar que antes de 1.957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el universo.

Múltiples formas de vida, tanto macro como microscópicas, están presentes en nuestro planeta, y, de la misma manera, lo estarán en otros que, estando en la zona habitable de su estrella, tengan condiciones similares o parecidas a las nuestras.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía. Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo Sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el universo, se hablará de miles de millones de años.

Brandon Carter y Richard Gott han argumentado que esto parece hacernos bastante especiales comparados con observadores en el futuro muy lejano.

                                       Como decía Peter Kolosimo... “Hay otros mundos pero están en este”

A veces, nuestra imaginación dibuja mundos de ilusión y fantasía pero,  en realidad… ¿serán sólo sueños?, o, por el contrario, pudieran estar en alguna parte del Universo todas esas cosas que imaginamos que pudieran estar presentes en otros mundos lejanos que, como el nuestro…posibilito la llegada de la vida.

Podríamos imaginar fácilmente números diferentes para las constantes de la Naturaleza de forma tal que los mundos también serían distintos al planeta Tierra y la vida no sería posible en ellos. Aumentemos la constante de estructura fina más grande y no podrá haber átomos, hagamos la intensidad de la gravedad mayor y las estrellas agotarán su combustible muy rápidamente, reduzcamos la intensidad de las fuerzas nucleares y no podrá haber bioquímica, y así sucesivamente.

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina. Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes. Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN pueden verse afectados de manera adversa. Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades. Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, no se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

                                               Las constantes de la naturaleza ¡son intocables!

Un equipo de astrónomos ha conseguido encontrar una vasta reserva de gas intergaláctico situada a unos 400 millones de años luz de la Tierra en la que podría encontrarse la “materia perdida” del Universo que los científicos llevan años buscando.

                              Conjunto de Cien mil galaxias y, entre ellas, La Vía Láctea

Han llamado al supercúmulo de galaxias ‘Lanikea’, que significa “cielo inmenso” en hawaiano. 

          Miles de millones de galaxias formadas a lo largo de miles de millones de años. 

Ahora sabemos que el universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y la gravitación nos dice que la edad del universo esta directamente ligada con otras propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Puesto que el universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz. Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso. Como hemos visto, la densidad del universo es hoy de poco más que 1 átomo por m³ de espacio. Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres. Si existen en el universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

La expansión del universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas, con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotros. Diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja, los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es sólo una mota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el universo.

                         

                         El ser humano ha hecho un largo recorrido para ahora sentirse insignificante

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos. Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad, ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas. Nosotros sí podemos hacer todo eso y más.

La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números: la razón entre las masas del electrón y el protón, b, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina, a, que es aproximadamente 1/137. Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar. Incrementemos  β demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de beta el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protones haciendo estable el núcleo y el átomo.

Si en lugar de a versión b, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte a_F, junto con la de a, entonces, a menos que  a_F > 0,3 a^½, los elementos como el carbono no existirían.

No podrían existir químicos orgánicos, no podrían mantenerse unidos. Si aumentamos a_F en solo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo de helio, el helio-2, hecho de 2 protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y más rápidas que de protón + protón →  helio-2.

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros. Por el contrario, si a_F decreciera en un 10 por 100, el núcleo de deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearía el camino a los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida.

¡Es todo tan complejo! ¡Sabemos tan poco!

Emilio Silvera V.

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¡Los cuantos!

Ali, a veces teneos la sensación de que el Universo… ¡Sabía que íbamos a venir!

En el interior de ls estrellas se producen procesos complejos para formar elementos

Colisión de dos estrellas de neutrones

Descubren moléculas prebióticas en las Nebulosas, son piezas esenciales para la Vida

¡Qué gran secreto tiene el Universo! ¿Cómo se las arregla para crear, las precisas condiciones que dan lugar al surgir de la Vida?

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Su bella ecuación le acompañará siempre. La ecuación de Dirac, Describe el fenómeno del entrelazamiento cuántico, que afirma que “si dos sistemas interaccionan entre ellos durante dos sistemas distintos, se vuelve un sistema único” Quiere decir que lo que le ocurre a uno le sigue afectando a otro, incluso a distancia de kilómetros o años luz. Son dos partículas que en algún momento estuvieron unidas, pero siguen estando de alguna manera relacionadas. No importa la distancia entre ambas.

En este escenario pudo surgir aquella primera célula replicante

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     ¿Cuántas esporas portadoras de la vida podrían estar ahí camufladas esperando el momento idóneo para situarse en el planeta que las permita surgir a la vida? Una cosa sí que sabemos, en regiones como esa de arriba, los astrofísicos han encontrado moléculas e ingredientes esenciales para la vida. Que viniera o no del Espacio, no es importante. El Universo está regido, en todas sus regiones por alejadas que estén, por las mismas cuatro leyes fundamentales y las mismas Contantes universales, lo que pasó aquí en la Tierra, también habrá pasado en cientos o miles de planetas iluminados por otras estrellas.

Galaxias, estrellas, mundos y… ¡Vida! Sabemos que los elementos materiales para la vida fueron creados en las estrellas. A partir del sencillo Hidrógeno, las estrellas, en sus hornos nucleares, fusionaron el helio para fabricar Carbono, Oxígeno, Nitrógeno y todos los demás materiales necesarios para la vida. Más tarde, depositados en un mundo adecuado… Se conformó aquella sustancia, ¡protoplasma vivo! del que surgió aquella primera célula replicante que comenzó la increíble aventura de la vida.

Esta Tierra primigenia parece ser el escenario en el que la materia “inerte” evolucionó hacia la Vida

La vida, seguramente, fue el resultado de los mismos procesos químicos y físicos que formaron los océanos y la corteza continental de nuestro planeta. Sin embargo, la vida es distinta porque puede experimentar evolución darwiniana. La selección natural ha desempeñado un papel fundamental en la evolución de plantas y animales durante los primeros tiempos de la historia de nuestro planeta, pero también dirigió la evolución química que hizo posible la propia vida. A grandes rasgos entendemos cómo pueden haber evolucionado las moléculas a partir de precursores simples presentes en la Tierra joven. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas llegaron a interaccionar de forma tan compleja.

Según todos los indicios, en los primeros años del planeta, los continentes que hoy conocemos estaban todos unidos formando la denominada Pangea. El movimiento de las placas tectónicas terrestres logró que estos se separaran y, con el transcurso de millones de años, llegaron a adquirir la moderna forma que hoy conocemos. En todo ese transcurrir y, mientras tanto, una serie de condiciones nuevas aparecieron para hacer posible el surgir de la vida.

                    Y la materia evolucionó hasta alcanzar la Conciencia

En la Ciencia, todas las respuestas sugieren nuevas preguntas, así que no es de extrañar que al resolver dos de los grandes enigmas de la biología, Darwin y Pasteur pusieran al descubierto un misterio un misterio aún más profundo. Quizá la vida haya surgido siempre de la vida durante los últimos cuatro mil millones de años, pero en elgún momento, en algún sitio, en aquellos primeros tiempos de nuestro planeta, nuestros primeros antepasados tuvieron que surgir de alguna otra cosa.

 

Durante el Proterozoico se produjo la expansión de cianobacterias, de hecho, los estromatolitos alcanzaron su mayor abundancia y diversidad durante este período, con un pico hace aproximadamente 1200 millones de año

Los estromatolitos son estructuras estratificadas en diversas formas, formadas por la fijación de partículas carbonatadas de las cianobacterias, en aguas de poca profundidad que en la foto-síntesis liberan oxigeno y retiran de la atmosfera grandes cantidades de dióxido de carbono. Su espesor no es mas que algunos milímetros y su forma es plana a hemisférica y columnar, presenta poros. Las mas antiguas encontrados es el de Australia (Warrawoona), que datan 3500 millones de años.

Abajo se contempla una muestra.

Enormes colonias de bacterias

Son células que se agrupan en colonias formando rocas sedimentarias. Estas rocas se encuentran en mares cálidos y son el resultado de la union de seres uni- celulares, cianobacterias. Las rocas se forman muy lentamente, capa sobre capa y cuando una capa se muere se deposita el carbonato de calcio de sus paredes sobre la capa anterior.

Las cianobacterias, también conocidas como algas verdes-azules, son un grupo de bacterias muy especiales que, hace 3.600 millones de años, inventaron la fotosíntesis y cambiaron drásticamente la evolución de la vida. Generaron y mantienen toda la existencia actual del planeta.

CARACTERÍSTICAS DE LAS CIANOBACTÉRIAS (CIANOFITAS O ALGAS VERDE-AZULES)

1.  Son procariotas (sin núcleo verdadero)
2. Viven medios húmedos (tierra) o acuáticos (agua dulce o salada), muy adaptables. Son planctónicas.
3. Origen: más de 3000 millones de años.
4. Soportan altas temperaturas.
5. Se desarrollan en condiciones eutróficas formando grandes masas llamadas flores de agua.
6. Producen sustancia antibióticas y poseen pigmentos como la clorofila.
7. El 50% de los florecimientos producen toxinas.
8. Se clasifican en varios tipos.

Existen bastantes antecedentes de intoxicaciones en humanos, tanto por consumo de agua, como por el hecho de estar en contacto con ella (bañarse). Son los invasores invisibles. Las cianobacterias son comunes actualmente en aquellos medios costeros en los que la elevada salinidad del agua u otras condiciones ambientales especialmente duras restringen la colonización por animales.

Pero, sigamos con nuestra historia. Los estromatolitos son estructuras Órgano-sedimentarias laminadas (CaCO3), que crecen adheridas al sustrato y emergen verticalmente del mismo, produciendo estructuras de gran variedad morfológica, volumen y biogeográfica. Su inicial formación y desarrollo a lo largo del tiempo, se debe a la actividad de la población microbianas, dominadas por cianobacterias que facilitan la precipitación de carbonatos.

          La microflora se presenta de muchas maneras

Además de las cianobacterias, la microflora puede incluir algas (verdes y diatomeas), hongos, crustáceos, insectos, esporas, polen, rodófitas, fragmentos y sedimentos de todo tipo. La variedad biológica de cada comunidad estromatolítica dependerá de condiciones ambientales e hidrológicas: hipersalino, dulce acuícola, intermareales, submareales, fuertes corrientes, moderadas nulas, cálidos, templado, altitud (afecta a la exposición de la luz uv). En la superficie, es rugosa, porosa y cubierta por mucilago, filamentos, etc. Las partículas de carbonato van quedándose atrapadas, hasta que la cementación por crecimiento de cristales, forma una capa mas, de esta forma la estructura aumenta de tamaño.

Microfósiles de sedimentos marinos. “Microfósil” es un término descriptivo que se aplica al hablar de plantas o animales fosilizados cuyo tamaño es menor de aquel que puede llegar a ser analizado por el ojo humano. Normalmente se utilizan dos rasgos diagnósticos para diferenciar microfósiles de eucariotas y procariotas.

A partir de todos los fragmentos que la ciencia ha podido ir acumulando, ¿qué tipo de planeta podemos recomponer y qué procesos tuvieron que darse para que, la vida, tal como la conocemos pudiera surgir? Sin temor a equivocarnos podemos afirmar que, cuando se formó el mar de Warrawoona la Tierra ya era un planeta biológico. Además, las mediciones de isótopos de carbono indican que ya podía haber comenzado la gran liberación ecológica de la fotosíntesis. No podemos tener la certeza si entre los microorganismos de aquel entonces había cianobacterias reproductoras de oxígeno, pero la presencia de cualquier tipo de organismo fotosintético en el océano de Warrawoona es de por sí muy informativa, pues nos permite colocar un punto de calibración en el árbol de la vida.

 El estudio que se lleva a cabo en múltiples Laboratorios repartidos por todo el mundo y que están centrados en la evolución molecular, microbiana, la extremofilia e incluso sobre la bioinformática y unidades de secuencia genómica, nos están llevando hacia nuevos conocimientos que confirman la evolución en el pasado.

En la nueva concepción de la evolución microbiana que simboliza el árbol, los organismos fotosintéticos aparecen relativamente tarde y se diversifican mucho después del origen de la vida y de la divergencia de los principales dominios de la biología. Si la materia orgánica de Warrawoona es producto de la fotosíntesis, hay que concluir que para entonces la evolución de la vida ya debía llevar en marcha un buen tiempo.

Sin embargo hoy, la actividad humana está causando estragos.  De pronto una parcela del mar se queda prácticamente sin vida. Son las llamadas zonas muertas, y en ellas la supervivencia está casi enteramente reservada a algunos arcaicos y privilegiados microorganismos, fósiles vivientes de la Tierra primigenia.

Los científicos llevan observando este fenómeno cerca de un siglo. Pero lo que era un problema esporádico se ha ido convirtiendo en una plaga: desde los años 60, el número de zonas muertas crece exponencialmente.

El problema, es su ritmo de crecimiento: un 5% anual, y se espera un empeoramiento con el calentamiento del mar. “Al calentarse el agua, aumenta el consumo de oxígeno de los organismos marinos, baja la solubilidad del oxígeno en el mar y baja el intercambio con la atmósfera”.

 

“No existe otra variable de tanta importancia ecológica para los ecosistemas marinos costeros que haya cambiado tan drásticamente y en tan poco tiempo como el oxígeno disuelto”. Para estos científicos, la hipoxia en el mar, es decir, la caída de los niveles de oxígeno disuelto, es “uno de los mayores problemas ambientales de hoy”.

Este problema me lleva a pensar que las observaciones geológicas indican que hace tres mil quinientos millones de años la atmósfera de la Tierra contenía nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero muy poco oxígeno libre. La mayoría de las inferencias acerca de ambientes antiguos se realizan a partir de pistas sutiles que nos proporcionan la geoquímica; la signatura sedimentaria del oxígeno, sin embargo, es muy llamativa: bandas de color rojo vivo en rocas con sílex ricos en hematita (Fe₂ O₃), un mineral de óxido de hierro.

Esta excavación al aire libre, en las Minas de Rio Tinto (Huelva) nos deja al descubierto los estratos en distintas capas a lo largo de miles de millones de años. El mineral de óxido de hierro está presente formando el llamado hierro en bandas (FHB)no se forman en los océanos actuales. De hecho, salvo una importante excepción, no se acumulan desde hace 1.850 millones de años. Durante la primera mitad de la historia de la Tierra, en cambio, las FHB fueron un componente común en los sedimentos marinos..

La razón por la cual las FHB no se forman en la actualidad es que el hierro que llega a los océanos se encuentra de inmediato con el oxígeno y precipita en forma de óxido de hierro; en consecuencia, la concentración de hierro en el agua de mar de los océanos actuales es extraordinariamente baja. En los mares del eón Arcaico, las FHB de las sucesiones sedimentarias debieron formarse por reacción del hierro con el oxígeno, ayudadas quizá por bacterias. Alternativamente, es posible que el hierro fuese oxidado por la radiación ultravioleta ya que ésta, al no existir un escudo de ozono eficaz, penetraba hasta la superficie del océano. Todo esto nos lleva a saber que, en el pasado, la atmósfera y los océanos contenían mucho menos oxígeno que en la actualidad.

Todavía los expertos de la NASA, se preguntan como pudieron hallar múltiples formas de vida en estas aguas de Río Tinto, cargadas de elementos pesados con un PH imposible para la vida, y, sin embargo, ahí están. Ricamente instalados en un entorno imposible que nada le tiene que envidiar a cualquier paraje de Marte.

En la actualidad, nuestros conocimientos de la vida y ambientes arcaicos son a un tiempo frustrantes y emocionantes: frustrantes por las pocas certezas que tenemos y, sólo muchas hipótesis a partir de los datos dispersos que se van obteniendo, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto pueda ser, es estimulante contar con un punto de partida que nos permita continuar en el estudio y la observación, seguir experimentando para que, algún día, sepamos a ciencia cierta, de donde pudo venir la vida.

Es verdad que las rocas más antiguas que podemos identificar nos indican la presencia de organismos complejos ¿Qué clase de células vivían en aquellos tiempos aún más lejanos? En última instancia, ¡cuál será el verdadero origen de la vida?

Cuando se formó el Sistema solar y con él la Tierra, los ingredientes de la vida ya estaban allí presentes. La energía de la Naturaleza llevó a las moléculas simples a combinarse y recombinarse, incrementando así la complejidad química hasta el punto en que surge un sistema eficaz y capaz de replicarse así mismo. La idea es poderosa y atractiva: La vida, aparentemente tan distinta del agua y la piedra, surgió por la acción de los mismos procesos planetarios que conformaron los rasgos físicos de la Tierra…Nos falta demostrarlo.

La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa con oxígeno, condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida.

Hace unos 4.600 millones de años la corteza de la Tierra comenzó a consolidarse y las erupciones de los volcanes empezaron a formar la atmósfera, el vapor de agua y los océanos. El progresivo enfriamiento del agua y de la atmósfera permitió el nacimiento de la vida, iniciada en el mar en forma de bacterias y algas, de las que derivamos todos los seres vivos que habitamos hoy nuestro planeta tras un largo proceso de evolución biológica.

Volvamos al tema principal: ¡La Vida!

Aun los organismos más simples son máquinas moleculares extraordinariamente sofisticadas. Las primeras formas de vida tenían que ser muchísimo más sencillas. Necesitamos encontrar una familia de moléculas lo bastante simples como para formarse por procesos químicos y lo bastante complejas como para servir de cimiento a la evolución de las células vivas. Una molécula capaz de contener información yb estructura suficientes como para replicarse a sí mismas y, al cabo, para dirigir la síntesis de otros componentes que puedan canalizar la replicación con una eficiencia cada vez mayor.

ESTRUCTURA DE LA CELULA BACTERIANA

Unas moléculas, en fin, que pudieran iniciar una trayectoria evolutiva que permitiera a la vida emanciparse de los procesos físicos que le dieron nacimiento, sintetizando las moléculas necesarias para el crecimiento en lugar de incorporarlas de su entorno y captando energía química o solar para alimentar el funcionamiento de la célula.

El descubrimiento de las enzimas de ARN, o ribosomas, realizado de forma independiente y aproximadamente al mismo tiempo por el bioquímico de Yale Sidney Altman, tuvo un efecto catalítico sobre el pensamiento acerca del origen de la vida.

Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de forma mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.

En palabras del filósofo de la biología Iris Fry, esta extraordinaria molécula se alzó como “el huevo y la gallina al mismo tiempo” en el rompecabezas del origen de la vida.

Sabemos que, en ciertas condiciones prebióticas, los aminoácidos se forman fácilmente, así quedó demostrado por Stanley Miller en su famoso experimento. Como los ácidos nucleicos, pueden unirse para formar péptidos, las cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.

“Una de las mentes más originales del mundo”.

The Times.

 

                                                                      

  ¿Quién es este rebelde extraordinario? Se llama Freeman Dyson

Hay teorías para todos los gustos, y, el afamado Freeman Dyson, un renombrado físico que ha pensado profundamente sobre el origen de la vida, sugiere que en realidad la vida comenzó en dos ocasiones, una por la vía del ARN y otra vez por vía de las proteínas. Las células con proteínas y ácidos nucleicos interactivos habrían surgido más tarde en función proto-biológica.  Y, está claro que, la innovación por alianzas es uno de los principales temas de la evolución.

En el árbol de la vida, nosotros (tan importantes), sólo somos una pequeña ramita.

La fotosíntesis anoxigénica se da en los organismos que utiliza la energía de la luz del sol, dióxido de carbono (sustrato a reducir) y sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua) como dador de electrones que se oxida, se fabrican glúcidos y se libera azufre a el medio acuoso donde habitan o se aloja en el interior de la bacteria.

Otra característica es que los organismos que producen fotosíntesis anoxigénicos contienen bacterio-clorofila, un tipo de clorofila exclusiva de los foto-organotrofos, usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Estas bacterias contienen también carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterio-clorofila. El color de estos pigmentos dan el nombre a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias los pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, por lo tanto se les nombra, bacterias azules.

Cualquiera de estas imágenes de arriba nos cuenta una larga y compleja historia de cómo, se pudieron formar cada uno de los ahí representados, y, en cualquiera de sus fases, formas y colores, es toda una gran obra de la Ingeniería de la naturaleza.

No pocas veces he dejado aquí constancia de que, el Universo, en todas sus regiones (por muy alejadas que estén), se rige por unas leyes que están presentes en todas parte, y, así lo confirman mil observaciones y mil proyectos que a tal efecto se han llevado a buen término. Por ejemplo, mediaciones precisas de isótopos de azufre en muestras de Marte traídas a la Tierra por meteoritos demuestran que muy pronto en la historia del planeta vecino el ciclo del azufre estaba dominado por procesos atmosféricos que producían un fraccionamiento independiente de la masa.

           El Calón natural más grande del Sistema Solar

La región de Valles Marineris, que tiene una longitud de 4.000 kilómetros y una anchura de 600 kilómetros, es el sistema de cañones más grande conocido en el sistema solar, con profundidades que llegan a los diez kilómetros.

Valles en Marte. (ESA) 

Basándose es ente descubrimiento del fraccionamiento independiente de la masa, se dirigió la atención sobre las rocas terrestres más antiguas. Para sorpresas de muchos geoquímicos, lo que se halló fue que el yeso y la pirita de las sucesiones sedimentarias más antiguas de la Tierra  también como en Marte, han dejado constancias del fraccionamiento independiente de la masa de los isótopos de azufre. Al igual que en Marte, en la Tierra primitiva la química del azufre se encontraba al parecer influenciada por procesos fotoquímicos que sólo pueden producirse en una atmósfera pobre en oxígeno. La oxígeno comenzó a acumularse en nuestra atmósfera a comienzos del eón Ptoterozoico. En suma, todos los caminos de la biogeoquímica llevan a Roma.

Dos equipos de investigadores descubren que el oxígeno gaseoso apareció en la atmósfera terrestre unos 100 millones de años antes del evento de la gran oxidación de hace 2400 millones de años.

El oxígeno es un gas muy reactivo, no existe de manera libre durante un largo período de tiempo, pues forma óxidos o reacciona con otras sustancias de manera rápida. Si está presente en la atmósfera es porque las plantas lo reponen continuamente. Antes de la invención de la fotosíntesis y durante muchos cientos de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra.

En los estratos geológicos se pueden encontrar pruebas de la existencia de un momento en el que se produjo una gran oxidación mineral, prueba de que el oxígeno se encontraba ya libre en la atmósfera terrestre por primera vez y en gran cantidad. A este hecho se le ha denominado evento de gran oxidación, o GOE en sus siglas en inglés, y fue un hecho dramático en la historia de la Tierra. Este oxígeno permitió más tarde la aparición de vida animal compleja. Los geólogos creían que durante el GOE los niveles de oxígeno subieron rápidamente desde niveles prácticamente despreciables.

¿Cómo respondió la vida a la revolución del oxígeno? Podemos imaginar, un “holocausto de oxígeno” que habría llevado a la muerte y la extinción a innumerables linajes de microorganismos anaeróbicos. Pero hace dos mil doscientos millones de años los ambientes anóxicos no desaparecieron; simplemente, quedaron relegados bajo una capa oxigenada de agua y sedimentos superficiales.

Aquello permitió a la Tierra dar cobijo a una diversidad biológica sin precedentes. Los microorganismos anaeróbicos mantuvieron un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, igual que en la actualidad.

En la primera fase de cualquier ejercicio aeróbico, el oxígeno se combina con la glucosa procedente del glucógeno. Al cabo de unos minutos, cuando el cuerpo nota que escasea el azúcar, empieza a descomponer las grasas. Entonces disminuye un poco el rendimiento, mientras el cuerpo se adapta al cambio de origen de su energía. Superado este punto, se vuelve a los niveles y sensaciones normales, pero se queman grasas en lugar de glucosa.

De otro lado, los organismos que utilizan, o al menos toleran el oxígeno se expandieron enormemente. La respiración aeróbica se convirtió en una de las formas principales de metabolismo en las bacterias, y las bacteria quimiosintéticas que obtienen energía de la reacción entre oxígeno e hidrógeno o iones metálicos se diversificaron a lo largo de la frontera ente ambientes ricos en oxígeno y ambientes pobres en oxígeno. Desde ese momento, la Tierra comenzó a convertirse en nuestro mundo.

Nuestro mundo, rico en agua líquida que cubre el 71% de la superficie del planeta, y, su atmósfera con un 78% (en volumen) de Nitrógeno, un 21 de Oxígeno y un 0,9 de Argón, además de dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases en cantidades mucho menores que, permiten que nuestros organismos encuentren el medio idóneo para poder vivir. Otros muchos factores presentes en la Tierra contribuyen a que nuestra presencia aquí sea posible.

Ya hemos comentado que, si el oxígeno trajo consigo un cambio revolucionario, las heroínas de la revolución fueron las cianobacterias. Fósiles extraordinariamente bien conservados en sílex de Siberia de mil quinientos millones de años de edad demuestran que las bacterias verdeazuladas se diversificaron tempranamente y se han mantenido hasta la actualidad sin alterar de manera sustancial su forma. La capacidad de cambiar con rapidez, pero persistir indefinidamente, compendia la evolución bacteriana.

La resistencia general de las bacterias a la extinción es bien conocida. Las bacterias poseen tamaños poblacionales inmensos y pueden reproducirse rápidamente: no importa que por la mañana nos lavemos los dientes meticulosamente; a media tarde, las bacterias que hayan sobrevivido al cepillo se habrán multiplicado hasta el extremo de recubrir nuevamente el interior de la boca. Además, las bacterias saben habérselas muy bien con medios cambiantes. El aire, por ejemplo, está lleno de bacterias; un plato de leche colocado en el alfeizar de la ventana no tarda en fermentar. Lo que es más, las bacterias son muy buenas a la hora de resistir perturbaciones ambientales. Aunque la mayoría crece especialmente bien dentro de unos márgenes ambientales estrechos, son capaces de tolerar condiciones extremas, al menos durante un tiempo.

Si miramos el tiempo que llevan aquí, como se pueden adaptar a condiciones que, ni en sueños podríamos hacerlo nosotros, y, sobre todo, si pensamos en la diversidad y en la inmensa cantidad y en que están ocupando (prácticamente) todas las regiones del planeta, tendremos que convenir que, es necesario saber cuanto más mejor de ellas y, es necesario que nos sumerjamos en los reinos de las pequeñas criaturas que, de una u otra forma, serán nuestra salvación o, podrían provocar nuestra extinción.

   También, en lugares como este, pueden estar presentes esos pequeños seres

En este lugar, donde abundan los mundos…¿Qué seres habrá? Ahí están presentes todos y cada uno de los elementos necesarios para la vida, y, simplemente con que uno sólo de entre una infinidad de planetas se encuentre dentro de la zona habitable, podría contener un sin fin de formas de vida que, como aquí en la Tierra, hayan evolucionado y, ¿Quién sabe? hasta es posible que esa clase de vida, pueda haber logrado los pensamientos, la imaginación, la facultad de ser conscientes.

De todas las maneras…seguimos sin saber, de manera consistentemente científica, como pudo surgir las vida. Sólo tenemos vestigios que nos acercan a esa posible fuente, y, son muchas, las zonas oscuras que no dejan ver lo que allí ocurrió, lo que hizo la evolución o dejó de hacer y, las condiciones primigenias que, posibilitaron que, en este pequeño planeta rocoso, emergieran formas de vida que evolucionadas han podido salir al exterior para ver lo que hay fuera.

                                       ¡Seguiremos buscando respuestas!

¡La Vida! Ese misterio, esa maravilla…que, cuando no podemos afirmar que sea sólo materia… Cuando en ella aparecen algunos ingredientes peculiares que, como la intuición, la imaginación, la curiosidad, y, ¡el Amor! Uno llega a sospechar que, seguramente hay algo más, mucho más que desconocemos sobre nosotros mismos y sobre otras criaturas que pueblan el nuestro y otros muchos mundos que en el Universo son.

Después de todo lo anterior, no podemos olvidar que la evolución hizo posible que surgiera la primera mujer y el primer hombre verdadero, desde entonces hemos seguido evolucionando, y, ese proceso continúa, y, aunque nos llamamos humanos… ¡Aún no lo somos del todo! Queda mucho en nosotros de es aparte animal que, en no pocas ocasiones prevalece.

Esperemos que la parte racional predomine algún día.

Emilio Silvera Vázquez

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