Astrobiología
Astrobiología, y el campo relacionado de exobiología, es un campo científico interdisciplinario que estudia los orígenes, la evolución temprana, la distribución y el futuro de la vida en el universo. La astrobiología es el campo multidisciplinario que investiga las condiciones deterministas y los eventos contingentes con los que surge, se distribuye y evoluciona la vida en el universo.
La astrobiología utiliza la biología molecular, la biofísica, la bioquímica, la química, la astronomía, la cosmología física, la exoplanetología, la geología, la paleontología y la icnología para investigar la posibilidad de vida en otros mundos y ayudar a reconocer biosferas que podrían ser diferentes a las de la Tierra.. El origen y la evolución temprana de la vida es una parte inseparable de la disciplina de la astrobiología. La astrobiología se ocupa de la interpretación de los datos científicos existentes, y aunque se entretiene la especulación para dar contexto, la astrobiología se ocupa principalmente de las hipótesis que encajan firmemente en las teorías científicas existentes.
Este campo interdisciplinario abarca la investigación sobre el origen de los sistemas planetarios, los orígenes de los compuestos orgánicos en el espacio, las interacciones roca-agua-carbono, la abiogénesis en la Tierra, la habitabilidad planetaria, la investigación sobre firmas biológicas para la detección de vida y estudios sobre el potencial de la vida. para adaptarse a los desafíos en la Tierra y en el espacio exterior.
La bioquímica puede haber comenzado poco después del Big Bang, hace 13 800 millones de años, durante una época habitable cuando el Universo tenía solo entre 10 y 17 millones de años. Según la hipótesis de la panspermia, la vida microscópica, distribuida por meteoritos, asteroides y otros cuerpos pequeños del Sistema Solar, puede existir en todo el universo. Según una investigación publicada en agosto de 2015, las galaxias muy grandes pueden ser más favorables para la creación y el desarrollo de planetas habitables que galaxias más pequeñas como la Vía Láctea. No obstante, la Tierra es el único lugar del universo conocido que alberga vida. Las estimaciones de zonas habitables alrededor de otras estrellas, a veces denominadas "zonas Ricitos de oro", junto con el descubrimiento de miles de planetas extrasolares y nuevos conocimientos sobre hábitats extremos aquí en la Tierra, sugieren que puede haber muchos más lugares habitables. en el universo de lo que se consideraba posible hasta hace muy poco tiempo.
Los estudios actuales en el planeta Marte realizados por los rovers Curiosity y Perseverance buscan evidencia de vida antigua, así como llanuras relacionadas con antiguos ríos o lagos que pueden haber sido habitables. La búsqueda de evidencia de habitabilidad, tafonomía (relacionada con fósiles) y moléculas orgánicas en el planeta Marte es ahora un objetivo principal de la NASA y la ESA.
Aunque nunca se descubra vida extraterrestre, la naturaleza interdisciplinaria de la astrobiología y las perspectivas cósmicas y evolutivas que engendra pueden generar una variedad de beneficios aquí en la Tierra.
Resumen
El término fue propuesto por primera vez por el astrónomo ruso (soviético) Gavriil Tikhov en 1953. Astrobiología se deriva etimológicamente del griego ἄστρον, astron, "constelación, estrella"; βίος, bios, "vida"; y -λογία, -logia, estudio . Los sinónimos de astrobiología son diversos; sin embargo, los sinónimos se estructuraron en relación con las ciencias más importantes implicadas en su desarrollo: la astronomía y la biología. Un sinónimo cercano es exobiología del griego Έξω, & #34;externo"; Βίος, bios, "vida"; y λογία, -logia, estudio. El término exobiología fue acuñado por el biólogo molecular y premio Nobel Joshua Lederberg. Se considera que la exobiología tiene un alcance limitado limitado a la búsqueda de vida fuera de la Tierra, mientras que el área temática de la astrobiología es más amplia e investiga el vínculo entre la vida y el universo, que incluye la búsqueda de vida extraterrestre, pero también incluye el estudio de la vida en La Tierra, su origen, evolución y límites.
Otro término utilizado en el pasado es xenobiología, ("biología de los extranjeros") una palabra utilizada en 1954 por el escritor de ciencia ficción Robert Heinlein en su obra La Bestia Estelar. El término xenobiología ahora se usa en un sentido más especializado, para significar "biología basada en química extranjera", ya sea de origen extraterrestre o terrestre (posiblemente sintético). Dado que se han creado en el laboratorio análogos químicos alternativos para algunos procesos vitales, la xenobiología ahora se considera un tema existente.
Si bien es un campo emergente y en desarrollo, la cuestión de si existe vida en otras partes del universo es una hipótesis verificable y, por lo tanto, una línea válida de investigación científica. Aunque alguna vez se consideró fuera de la corriente principal de la investigación científica, la astrobiología se ha convertido en un campo de estudio formalizado. El científico planetario David Grinspoon llama a la astrobiología un campo de la filosofía natural, que fundamenta la especulación sobre lo desconocido, en una teoría científica conocida. El interés de la NASA en la exobiología comenzó con el desarrollo del Programa Espacial de EE. UU. En 1959, la NASA financió su primer proyecto de exobiología y, en 1960, la NASA fundó un Programa de exobiología, que ahora es uno de los cuatro elementos principales del actual Programa de astrobiología de la NASA. En 1971, la NASA financió la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI) para buscar frecuencias de radio del espectro electromagnético en busca de comunicaciones interestelares transmitidas por vida extraterrestre fuera del Sistema Solar. Las misiones Viking de la NASA a Marte, lanzadas en 1976, incluyeron tres experimentos de biología diseñados para buscar el metabolismo de la vida actual en Marte.
Los avances en los campos de la astrobiología, la astronomía observacional y el descubrimiento de grandes variedades de extremófilos con una capacidad extraordinaria para prosperar en los entornos más hostiles de la Tierra han llevado a especular que la vida posiblemente esté prosperando en muchos de los cuerpos extraterrestres del universo.. Un enfoque particular de la investigación astrobiológica actual es la búsqueda de vida en Marte debido a la proximidad de este planeta a la Tierra y la historia geológica. Hay un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que Marte ha tenido previamente una cantidad considerable de agua en su superficie, siendo el agua considerada un precursor esencial para el desarrollo de la vida basada en el carbono.
Misiones diseñadas específicamente para buscar vida actual en Marte fueron el programa Viking y las sondas Beagle 2. Los resultados del Viking no fueron concluyentes y el Beagle 2 falló minutos después de aterrizar. Una futura misión con un fuerte papel en astrobiología habría sido el Júpiter Icy Moons Orbiter, diseñado para estudiar las lunas congeladas de Júpiter, algunas de las cuales pueden tener agua líquida, si no se hubiera cancelado. A finales de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix sondeó el entorno en busca de habitabilidad planetaria pasada y presente de vida microbiana en Marte e investigó la historia del agua allí.
La hoja de ruta de astrobiología de la Agencia Espacial Europea de 2016 identificó cinco temas principales de investigación y especifica varios objetivos científicos clave para cada tema. Los cinco temas de investigación son: 1) Origen y evolución de los sistemas planetarios; 2) Orígenes de los compuestos orgánicos en el espacio; 3) interacciones roca-agua-carbono, síntesis orgánica en la Tierra y pasos hacia la vida; 4) Vida y habitabilidad; 5) Biofirmas para facilitar la detección de vida.
En noviembre de 2011, la NASA lanzó la misión Mars Science Laboratory que transportaba al rover Curiosity, que aterrizó en Marte en el cráter Gale en agosto de 2012. El rover Curiosity actualmente está investigando el entorno en busca de planetas pasados y presentes. habitabilidad de la vida microbiana en Marte. El 9 de diciembre de 2013, la NASA informó que, según la evidencia de Curiosity que estudiaba Aeolis Palus, el cráter Gale contenía un antiguo lago de agua dulce que podría haber sido un entorno hospitalario para la vida microbiana.
La Agencia Espacial Europea está colaborando actualmente con la Agencia Espacial Federal Rusa (Roscosmos) y desarrollando el rover de astrobiología ExoMars, cuyo lanzamiento estaba programado para julio de 2020, pero se pospuso para 2022. Mientras tanto, la NASA lanzó el rover de astrobiología Mars 2020 rover y cacher de muestras para un posterior regreso a la Tierra.
Metodología
Habitabilidad planetaria
Al buscar vida en otros planetas como la Tierra, algunas suposiciones simplificadoras son útiles para reducir el tamaño de la tarea del astrobiólogo. Una es la suposición informada de que la gran mayoría de las formas de vida en nuestra galaxia se basan en la química del carbono, al igual que todas las formas de vida en la Tierra. El carbono es bien conocido por la variedad inusualmente amplia de moléculas que se pueden formar a su alrededor. El carbono es el cuarto elemento más abundante en el universo y la energía requerida para crear o romper un enlace está en el nivel adecuado para construir moléculas que no solo sean estables, sino también reactivas. El hecho de que los átomos de carbono se unan fácilmente a otros átomos de carbono permite la construcción de moléculas extremadamente largas y complejas.
La presencia de agua líquida es un requisito asumido, ya que es una molécula común y proporciona un entorno excelente para la formación de moléculas complicadas a base de carbono que eventualmente podrían conducir a la aparición de vida. Algunos investigadores postulan entornos de mezclas de agua y amoníaco como posibles disolventes para tipos hipotéticos de bioquímica.
Una tercera suposición es centrarse en los planetas que orbitan estrellas similares al Sol para aumentar las probabilidades de habitabilidad planetaria. Las estrellas muy grandes tienen vidas relativamente cortas, lo que significa que la vida podría no tener tiempo de emerger en los planetas que las orbitan. Las estrellas muy pequeñas proporcionan tan poco calor que solo los planetas en órbitas muy cercanas a su alrededor no se congelarían, y en órbitas tan cercanas estos planetas estarían "bloqueados" por mareas. a la estrella La larga vida de las enanas rojas podría permitir el desarrollo de entornos habitables en planetas con atmósferas densas. Esto es significativo, ya que las enanas rojas son extremadamente comunes. (Ver Habitabilidad de los sistemas de enanas rojas).
Dado que la Tierra es el único planeta conocido que alberga vida, no existe una manera evidente de saber si alguna de estas suposiciones simplificadoras es correcta.
Intentos de comunicación
La investigación sobre comunicación con inteligencia extraterrestre (CETI) se centra en componer y descifrar mensajes que teóricamente podrían ser entendidos por otra civilización tecnológica. Los intentos de comunicación por parte de humanos han incluido la transmisión de lenguajes matemáticos, sistemas pictóricos como el mensaje de Arecibo y enfoques computacionales para detectar y descifrar mensajes 'naturales'. comunicación del lenguaje. El programa SETI, por ejemplo, utiliza radiotelescopios y telescopios ópticos para buscar señales deliberadas de una inteligencia extraterrestre.
Mientras que algunos científicos de alto perfil, como Carl Sagan, han abogado por la transmisión de mensajes, el científico Stephen Hawking advirtió en contra, sugiriendo que los extraterrestres podrían simplemente asaltar la Tierra por sus recursos y luego seguir adelante.
Elementos de astrobiología
Astronomía
La mayor parte de la investigación astrobiológica relacionada con la astronomía cae en la categoría de detección de planetas extrasolares (exoplanetas), con la hipótesis de que si la vida surgió en la Tierra, también podría surgir en otros planetas con características similares. Con ese fin, se han considerado una serie de instrumentos diseñados para detectar exoplanetas del tamaño de la Tierra, en particular el Buscador de planetas terrestres (TPF) de la NASA y los programas Darwin de la ESA, ambos cancelados. La NASA lanzó la misión Kepler en marzo de 2009 y la Agencia Espacial Francesa lanzó la misión espacial COROT en 2006. También hay varios esfuerzos terrestres menos ambiciosos en marcha.
El objetivo de estas misiones no es solo detectar planetas del tamaño de la Tierra, sino también detectar directamente la luz del planeta para poder estudiarla espectroscópicamente. Al examinar los espectros planetarios, sería posible determinar la composición básica de la atmósfera y/o la superficie de un planeta extrasolar. Dado este conocimiento, puede ser posible evaluar la probabilidad de que se encuentre vida en ese planeta. Un grupo de investigación de la NASA, el Laboratorio de Planetas Virtuales, está utilizando modelos informáticos para generar una amplia variedad de planetas virtuales para ver cómo se verían si fueran vistos por TPF o Darwin. Se espera que una vez que estas misiones entren en funcionamiento, sus espectros puedan cotejarse con estos espectros planetarios virtuales en busca de características que puedan indicar la presencia de vida.
Se puede obtener una estimación del número de planetas con vida extraterrestre comunicativa inteligente a partir de la ecuación de Drake, esencialmente una ecuación que expresa la probabilidad de vida inteligente como el producto de factores tales como la fracción de planetas que podrían ser habitables y la fracción de planetas en los que podría surgir vida:
- N=RAlternativa Alternativa × × fp× × ne× × fl× × fi× × fc× × L{displaystyle N=R^{*}~times ~f_{p}~times ~n_{e}~times ~f_{l}~times ~f_{i}~times ~f_{c}~times ~L}
donde:
- N = El número de civilizaciones comunicativas
- R* = La tasa de formación de estrellas adecuadas (estrellas como nuestro Sol)
- fp = La fracción de esas estrellas con planetas (la evidencia actual indica que los sistemas planetarios pueden ser comunes para estrellas como el Sol)
- ne = El número de mundos del tamaño de la Tierra por sistema planetario
- fl = La fracción de esos planetas del tamaño de la Tierra donde la vida realmente se desarrolla
- fi = La fracción de sitios de vida donde la inteligencia desarrolla
- fc = La fracción de planetas comunicativos (aquellos sobre los cuales se desarrolla la tecnología de comunicaciones electromagnéticas)
- L = El "tiempo de vida" de las civilizaciones comunicantes
Sin embargo, aunque la lógica detrás de la ecuación es sólida, es poco probable que la ecuación se vea limitada a límites de error razonables en el corto plazo. El problema con la fórmula es que no se usa para generar o respaldar hipótesis porque contiene factores que nunca se pueden verificar. El primer término, R*, número de estrellas, generalmente está limitado a unos pocos órdenes de magnitud. El segundo y tercer términos, fp, estrellas con planetas y fe, planetas con condiciones habitables, son siendo evaluado para el barrio de la estrella. Drake originalmente formuló la ecuación simplemente como una agenda para la discusión en la conferencia de Green Bank, pero algunas aplicaciones de la fórmula se tomaron literalmente y se relacionaron con argumentos simplistas o pseudocientíficos. Otro tema asociado es la paradoja de Fermi, que sugiere que si la vida inteligente es común en el universo, entonces debería haber signos evidentes de ella.
Otra área activa de investigación en astrobiología es la formación de sistemas planetarios. Se ha sugerido que las peculiaridades del Sistema Solar (por ejemplo, la presencia de Júpiter como escudo protector) pueden haber aumentado considerablemente la probabilidad de que surja vida inteligente en nuestro planeta.
Biología
La biología no puede afirmar que un proceso o fenómeno, por ser matemáticamente posible, tiene que existir forzosamente en un cuerpo extraterrestre. Los biólogos especifican qué es especulativo y qué no lo es. El descubrimiento de los extremófilos, organismos capaces de sobrevivir en ambientes extremos, se convirtió en un elemento central de investigación para los astrobiólogos, ya que son importantes para comprender cuatro áreas en los límites de la vida en el contexto planetario: el potencial para la panspermia, la contaminación directa debido a las aventuras de exploración humana., la colonización planetaria por humanos y la exploración de vida extraterrestre extinta y existente.
Hasta la década de 1970, se pensaba que la vida dependía por completo de la energía del sol. Las plantas en la superficie de la Tierra capturan la energía de la luz solar para hacer la fotosíntesis de los azúcares del dióxido de carbono y el agua, liberando oxígeno en el proceso que luego es consumido por los organismos que respiran oxígeno, pasando su energía a la cadena alimenticia. Incluso se pensaba que la vida en las profundidades del océano, donde la luz del sol no llega, obtenía su alimento consumiendo detritos orgánicos que llovían de las aguas superficiales o comiendo animales que los consumían. Se pensaba que la capacidad del mundo para albergar vida dependía de su acceso a la luz solar. Sin embargo, en 1977, durante una inmersión exploratoria a la falla de Galápagos en el sumergible de exploración de aguas profundas Alvin, los científicos descubrieron colonias de gusanos tubulares gigantes, almejas, crustáceos, mejillones y otras criaturas variadas agrupadas alrededor del agua submarina. características volcánicas conocidas como fumarolas negras. Estas criaturas prosperan a pesar de no tener acceso a la luz solar, y pronto se descubrió que comprenden un ecosistema completamente independiente. Aunque la mayoría de estas formas de vida multicelulares necesitan oxígeno disuelto (producido por la fotosíntesis oxigénica) para su respiración celular aeróbica y, por lo tanto, no son completamente independientes de la luz solar por sí mismas, la base de su cadena alimentaria es una forma de bacteria que obtiene su energía de la oxidación de reactivos. sustancias químicas, como el hidrógeno o el sulfuro de hidrógeno, que brotan del interior de la Tierra. Otras formas de vida completamente desacopladas de la energía de la luz solar son las bacterias de azufre verde que capturan la luz geotérmica para la fotosíntesis anoxigénica o las bacterias que ejecutan la quimiolitoautotrofia basada en la descomposición radiactiva del uranio. Esta quimiosíntesis revolucionó el estudio de la biología y la astrobiología al revelar que la vida no necesita depender del sol; solo requiere agua y un gradiente de energía para existir.
Los biólogos han encontrado extremófilos que prosperan en el hielo, el agua hirviendo, los ácidos, los álcalis, el núcleo de agua de los reactores nucleares, los cristales de sal, los desechos tóxicos y en una variedad de otros hábitats extremos que antes se consideraban inhóspitos para la vida. Esto abrió una nueva vía en la astrobiología al expandir masivamente el número de posibles hábitats extraterrestres. La caracterización de estos organismos, sus entornos y sus vías evolutivas se considera un componente crucial para comprender cómo podría evolucionar la vida en otras partes del universo. Por ejemplo, algunos organismos capaces de resistir la exposición al vacío y la radiación del espacio exterior incluyen los hongos liquen Rhizocarpon Geographicum y Xanthoria elegans, la bacteria Bacillus safensis, Deinococcus radiodurans, Bacillus subtilis, levadura Saccharomyces cerevisiae, semillas de Arabidopsis thaliana (' berro oreja de ratón'), así como el animal invertebrado Tardigrade. Si bien los tardígrados no se consideran verdaderos extremófilos, se consideran microorganismos extremadamente tolerantes que han contribuido al campo de la astrobiología. Su extrema tolerancia a la radiación y la presencia de proteínas de protección del ADN pueden proporcionar respuestas sobre si la vida puede sobrevivir lejos de la protección de la atmósfera terrestre.
La luna de Júpiter, Europa, y la luna de Saturno, Encelado, ahora se consideran los lugares más probables para la vida extraterrestre existente en el Sistema Solar debido a sus océanos de agua subterránea donde el calentamiento radiogénico y de marea permite que el líquido agua para existir.
El origen de la vida, conocido como abiogénesis, distinto de la evolución de la vida, es otro campo de investigación en curso. Oparin y Haldane postularon que las condiciones en la Tierra primitiva eran propicias para la formación de compuestos orgánicos a partir de elementos inorgánicos y, por lo tanto, para la formación de muchas de las sustancias químicas comunes a todas las formas de vida que vemos hoy. El estudio de este proceso, conocido como química prebiótica, ha progresado un poco, pero aún no está claro si la vida pudo haberse formado o no de esa manera en la Tierra. La hipótesis alternativa de la panspermia es que los primeros elementos de la vida pueden haberse formado en otro planeta con condiciones aún más favorables (o incluso en el espacio interestelar, asteroides, etc.) y luego haber sido llevados a la Tierra.
El polvo cósmico que impregna el universo contiene compuestos orgánicos complejos ("sólidos orgánicos amorfos con una estructura mixta aromática-alifática") que las estrellas podrían crear de forma natural y rápida. Además, un científico sugirió que estos compuestos pueden haber estado relacionados con el desarrollo de la vida en la Tierra y dijo que, "Si este es el caso, la vida en la Tierra puede haber tenido un comienzo más fácil, ya que estos compuestos orgánicos pueden servir como ingredientes básicos para la vida."
Más del 20 % del carbono del universo puede estar asociado con hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), posibles materiales de partida para la formación de la vida. Los PAH parecen haberse formado poco después del Big Bang, están muy extendidos por todo el universo y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas. Los PAH están sujetos a las condiciones del medio interestelar y se transforman a través de la hidrogenación, la oxigenación y la hidroxilación en sustancias orgánicas más complejas, "un paso en el camino hacia los aminoácidos y los nucleótidos, las materias primas de las proteínas y el ADN, respectivamente".
En octubre de 2020, los astrónomos propusieron la idea de detectar vida en planetas distantes estudiando las sombras de los árboles en ciertos momentos del día para encontrar patrones que pudieran detectarse mediante la observación de exoplanetas.
Astroecología
La astroecología se ocupa de las interacciones de la vida con los entornos y recursos espaciales, en planetas, asteroides y cometas. En una escala mayor, la astroecología se refiere a los recursos para la vida en las estrellas de la galaxia a través del futuro cosmológico. La astroecología intenta cuantificar la vida futura en el espacio, abordando esta área de la astrobiología.
La astroecología experimental investiga los recursos en los suelos planetarios utilizando materiales espaciales reales en meteoritos. Los resultados sugieren que los materiales de condritas carbonáceas y marcianas pueden albergar cultivos de bacterias, algas y plantas (espárragos, papas) con suelos de alta fertilidad. Los resultados respaldan que la vida podría haber sobrevivido en los primeros asteroides acuosos y en materiales similares importados a la Tierra por el polvo, los cometas y los meteoritos, y que dichos materiales de asteroides pueden usarse como suelo para futuras colonias espaciales.
En la escala más grande, la cosmoecología se ocupa de la vida en el universo durante tiempos cosmológicos. Las principales fuentes de energía pueden ser las estrellas gigantes rojas y las estrellas enanas blancas y rojas, que sustentan la vida durante 1020 años. Los astroecólogos sugieren que sus modelos matemáticos pueden cuantificar las cantidades potenciales de vida futura en el espacio, permitiendo una expansión comparable en la biodiversidad, lo que podría conducir a diversas formas de vida inteligente.
Astrogeología
La astrogeología es una disciplina de la ciencia planetaria que se ocupa de la geología de los cuerpos celestes, como los planetas y sus lunas, asteroides, cometas y meteoritos. La información recopilada por esta disciplina permite medir el potencial de un planeta o un satélite natural para desarrollar y sostener la vida o la habitabilidad planetaria.
Una disciplina adicional de la astrogeología es la geoquímica, que implica el estudio de la composición química de la Tierra y otros planetas, los procesos y reacciones químicos que gobiernan la composición de rocas y suelos, los ciclos de materia y energía y su interacción con la hidrosfera. y la atmósfera del planeta. Las especializaciones incluyen cosmoquímica, bioquímica y geoquímica orgánica.
El registro fósil proporciona la evidencia más antigua conocida de vida en la Tierra. Al examinar la evidencia fósil, los paleontólogos pueden comprender mejor los tipos de organismos que surgieron en la Tierra primitiva. Algunas regiones de la Tierra, como Pilbara en Australia Occidental y los valles secos de McMurdo en la Antártida, también se consideran análogos geológicos a las regiones de Marte y, como tales, podrían proporcionar pistas sobre cómo buscar vidas pasadas en Marte.
Los diversos grupos funcionales orgánicos, compuestos por hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y una gran cantidad de metales, como hierro, magnesio y zinc, proporcionan la enorme diversidad de reacciones químicas necesariamente catalizadas por un organismo vivo. El silicio, por el contrario, interactúa con solo unos pocos átomos, y las grandes moléculas de silicio son monótonas en comparación con el universo combinatorio de las macromoléculas orgánicas. De hecho, parece probable que los componentes básicos de la vida en cualquier lugar sean similares a los de la Tierra, en general, si no en los detalles. Aunque se espera que la vida terrestre y la vida que pueda surgir independientemente de la Tierra usen muchos componentes básicos similares, si no idénticos, también se espera que tengan algunas cualidades bioquímicas que son únicas. Si la vida ha tenido un impacto comparable en otras partes del Sistema Solar, las abundancias relativas de sustancias químicas clave para su supervivencia, sean las que sean, podrían traicionar su presencia. Cualquiera que sea la vida extraterrestre, su tendencia a alterar químicamente su entorno podría delatarla.
Vida en el Sistema Solar
La gente ha especulado durante mucho tiempo sobre la posibilidad de que haya vida en entornos distintos de la Tierra; sin embargo, la especulación sobre la naturaleza de la vida en otros lugares a menudo ha prestado poca atención a las limitaciones impuestas por la naturaleza de la bioquímica. La probabilidad de que la vida en todo el universo probablemente se base en el carbono se sugiere por el hecho de que el carbono es uno de los elementos superiores más abundantes. Se sabe que solo dos de los átomos naturales, el carbono y el silicio, sirven como la columna vertebral de moléculas lo suficientemente grandes como para transportar información biológica. Como base estructural de la vida, una de las características importantes del carbono es que, a diferencia del silicio, puede participar fácilmente en la formación de enlaces químicos con muchos otros átomos, lo que permite la versatilidad química necesaria para realizar las reacciones biológicas. Metabolismo y propagación.
La discusión sobre dónde podría ocurrir la vida en el Sistema Solar estuvo históricamente limitada por la comprensión de que la vida depende en última instancia de la luz y el calor del Sol y, por lo tanto, está restringida a las superficies de los planetas. Los cuatro candidatos más probables para la vida en el Sistema Solar son el planeta Marte, la luna joviana Europa y las lunas de Saturno, Titán y Encelado.
Marte, Enceladus y Europa se consideran candidatos probables en la búsqueda de vida principalmente porque pueden tener agua líquida subterránea, una molécula esencial para la vida tal como la conocemos por su uso como solvente en las células. El agua en Marte se encuentra congelada en sus casquetes polares, y los barrancos recién tallados observados recientemente en Marte sugieren que puede existir agua líquida, al menos transitoriamente, en la superficie del planeta. A las bajas temperaturas y la baja presión marcianas, es probable que el agua líquida sea muy salina. En cuanto a Europa y Encelado, existen grandes océanos globales de agua líquida debajo de estas lunas. costras exteriores heladas. Esta agua puede ser calentada a un estado líquido por respiraderos volcánicos en el fondo del océano, pero la principal fuente de calor es probablemente el calentamiento de las mareas. El 11 de diciembre de 2013, la NASA informó de la detección de "minerales arcillosos" (en concreto, filosilicatos), a menudo asociados a materiales orgánicos, en la corteza helada de Europa. La presencia de los minerales puede haber sido el resultado de una colisión con un asteroide o cometa según los científicos. Además, el 27 de junio de 2018, los astrónomos informaron sobre la detección de compuestos orgánicos macromoleculares complejos en Encelado y, según los científicos de la NASA en mayo de 2011, "está emergiendo como el lugar más habitable más allá de la Tierra en el Sistema Solar para la vida tal como la conocemos". #34;.
Otro cuerpo planetario que podría albergar vida extraterrestre es Titán, la luna más grande de Saturno. Se ha descrito que Titán tiene condiciones similares a las de la Tierra primitiva. En su superficie, los científicos han descubierto los primeros lagos líquidos fuera de la Tierra, pero estos lagos parecen estar compuestos de etano y/o metano, no de agua. Algunos científicos creen que es posible que estos hidrocarburos líquidos puedan ocupar el lugar del agua en células vivas diferentes a las de la Tierra. Después de que se estudiaron los datos de Cassini, en marzo de 2008 se informó que Titán también podría tener un océano subterráneo compuesto de agua líquida y amoníaco.
Se ha detectado fosfina en la atmósfera del planeta Venus. No se conocen procesos abióticos en el planeta que puedan causar su presencia. Dado que Venus tiene la temperatura superficial más alta de todos los planetas del sistema solar, la vida venusiana, si existe, probablemente se limite a los microorganismos extremófilos que flotan en la atmósfera superior del planeta, donde las condiciones son casi como las de la Tierra.
La medición de la proporción de los niveles de hidrógeno y metano en Marte puede ayudar a determinar la probabilidad de vida en Marte. Según los científicos, "...las proporciones bajas de H2/CH4 (menos de aproximadamente 40) indican que es probable que haya vida presente y activa.&# 34; Otros científicos han informado recientemente sobre métodos para detectar hidrógeno y metano en atmósferas extraterrestres.
Compuestos orgánicos complejos de la vida, incluidos el uracilo, la citosina y la timina, se han formado en un laboratorio en condiciones del espacio exterior, utilizando productos químicos iniciales como la pirimidina, que se encuentra en los meteoritos. La pirimidina, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), es la sustancia química más rica en carbono que se encuentra en el universo.
Hipótesis de las tierras raras
La hipótesis de la Tierra Rara postula que las formas de vida multicelulares que se encuentran en la Tierra pueden ser más raras de lo que suponen los científicos. Según esta hipótesis, la vida en la Tierra (y más aún, la vida multicelular) es posible por una conjunción de las circunstancias adecuadas (galaxia y ubicación dentro de ella, sistema solar, estrella, órbita, tamaño planetario, atmósfera, etc.); y la posibilidad de que todas esas circunstancias se repitan en otros lugares puede ser rara. Proporciona una posible respuesta a la paradoja de Fermi que sugiere: "Si los extraterrestres son comunes, ¿por qué no son obvios?" Aparentemente se opone al principio de mediocridad, asumido por los famosos astrónomos Frank Drake, Carl Sagan y otros. El Principio de la Mediocridad sugiere que la vida en la Tierra no es excepcional, y es más probable que se encuentre en innumerables otros mundos.
Investigación
La búsqueda sistemática de una posible vida fuera de la Tierra es un esfuerzo científico multidisciplinario válido. Sin embargo, las hipótesis y predicciones sobre su existencia y origen varían ampliamente, y en la actualidad, el desarrollo de hipótesis firmemente fundamentadas en la ciencia puede considerarse la aplicación práctica más concreta de la astrobiología. Se ha propuesto que es probable que se encuentren virus en otros planetas con vida, y pueden estar presentes incluso si no hay células biológicas.
Resultados de la investigación
Hasta 2019, no se han identificado pruebas de vida extraterrestre. El examen del meteorito Allan Hills 84001, que se recuperó en la Antártida en 1984 y se originó en Marte, es pensado por David McKay, así como por algunos otros científicos, para contener microfósiles de origen extraterrestre; esta interpretación es controvertida.
Yamato 000593, el segundo meteorito más grande de Marte, se encontró en la Tierra en el año 2000. A nivel microscópico, se encuentran esferas en el meteorito que son ricas en carbono en comparación con las áreas circundantes que carecen de tales esferas. Las esferas ricas en carbono pueden haberse formado por actividad biótica según algunos científicos de la NASA.
El 5 de marzo de 2011, Richard B. Hoover, un científico del Marshall Space Flight Center, especuló sobre el hallazgo de supuestos microfósiles similares a cianobacterias en meteoritos carbonosos CI1 en la franja Journal of Cosmology, una historia ampliamente difundida por los principales medios de comunicación. Sin embargo, la NASA se distanció formalmente de la afirmación de Hoover. Según el astrofísico estadounidense Neil deGrasse Tyson: "Por el momento, la vida en la Tierra es la única forma de vida conocida en el universo, pero existen argumentos convincentes que sugieren que no estamos solos".
- Ambientes extremos en la Tierra
El 17 de marzo de 2013, los investigadores informaron que las formas de vida microbiana prosperan en la Fosa de las Marianas, el lugar más profundo de la Tierra. Otros investigadores informaron que los microbios prosperan dentro de las rocas a una profundidad de hasta 580 m (1900 pies) por debajo del fondo del mar, a 2600 m (8500 pies) de profundidad frente a la costa del noroeste de los Estados Unidos. Según uno de los investigadores, "Puedes encontrar microbios en todas partes: son extremadamente adaptables a las condiciones y sobreviven donde sea que estén". Se han encontrado evidencias de percloratos en todo el sistema solar, y específicamente en Marte. La Dra. Kennda Lynch descubrió el primer caso conocido de percloratos y microbios reductores de percloratos en un paleolago en Pilot Valley, Utah. Estos hallazgos amplían la habitabilidad potencial de ciertos nichos de otros planetas.
- Metano
En 2004, la firma espectral del metano (CH
4) fue detectado en la atmósfera marciana tanto por telescopios, así como por el orbitador Mars Express. Debido a la radiación solar y la radiación cósmica, se predice que el metano desaparecerá de la atmósfera marciana dentro de varios años, por lo que el gas debe reponerse activamente para mantener la concentración actual. El 7 de junio de 2018, la NASA anunció una variación estacional cíclica en el metano atmosférico, que puede ser producido por fuentes geológicas o biológicas. El ExoMars Trace Gas Orbiter europeo actualmente está midiendo y mapeando el metano atmosférico.
- Sistemas planetarios
Es posible que algunos exoplanetas tengan lunas con superficies sólidas u océanos líquidos que sean hospitalarios. La mayoría de los planetas descubiertos hasta ahora fuera del Sistema Solar son gigantes de gas caliente que se cree que son inhóspitos para la vida, por lo que aún no se sabe si el Sistema Solar, con un planeta interior cálido, rocoso y rico en metales como la Tierra, es de una composición aberrante. Los métodos de detección mejorados y el mayor tiempo de observación sin duda descubrirán más sistemas planetarios, y posiblemente algunos más como el nuestro. Por ejemplo, la Misión Kepler de la NASA busca descubrir planetas del tamaño de la Tierra alrededor de otras estrellas midiendo cambios diminutos en la curva de luz de la estrella a medida que el planeta pasa entre la estrella y la nave espacial. El progreso en la astronomía infrarroja y la astronomía submilimétrica ha revelado los constituyentes de otros sistemas estelares.
- Tendencia planetaria
Los esfuerzos por responder preguntas como la abundancia de planetas potencialmente habitables en zonas habitables y los precursores químicos han tenido mucho éxito. Se han detectado numerosos planetas extrasolares utilizando el método de oscilación y el método de tránsito, lo que demuestra que los planetas alrededor de otras estrellas son más numerosos de lo que se había postulado anteriormente. El primer planeta extrasolar del tamaño de la Tierra descubierto dentro de la zona habitable de su estrella es Gliese 581 c.
Extremófilos
El estudio de los extremófilos es útil para comprender el posible origen de la vida en la Tierra, así como para encontrar los candidatos más probables para la futura colonización de otros planetas. El objetivo es detectar aquellos organismos que son capaces de sobrevivir a las condiciones del viaje espacial y mantener la capacidad de proliferación. Los mejores candidatos son los extremófilos, ya que se han adaptado para sobrevivir en diferentes tipos de condiciones extremas en la tierra. Durante el curso de la evolución, los extremófilos han desarrollado varias estrategias para sobrevivir a las diferentes condiciones de estrés de los diferentes ambientes extremos. Estas respuestas de estrés también podrían permitirles sobrevivir en condiciones espaciales adversas, aunque la evolución también impone algunas restricciones a su uso como análogos a la vida extraterrestre.
La especie termófila Geobacillus thermantarcticus es un ejemplo de microorganismo que en principio podría sobrevivir a un período de viaje espacial. Es una bacteria formadora de esporas. La formación de esporas le permite sobrevivir en ambientes extremos sin dejar de poder reiniciar el crecimiento celular. Es capaz de proteger eficazmente la integridad de su ADN, membrana y proteínas en diferentes condiciones extremas (desecación, temperaturas de hasta -196 °C, radiación UVC y rayos C...). También es capaz de reparar los daños producidos por el entorno espacial.
Algunos lugares de la Tierra son especialmente adecuados para los estudios astrobiológicos de los extremófilos. Por ejemplo, Valeria Souza y sus colegas propusieron que la cuenca de Cuatro Ciénegas en Coahuila, México, podría servir como un "parque precámbrico astrobiológico" debido a la similitud de algunos de sus ecosistemas con una época anterior en la historia de la Tierra, cuando la vida multicelular comenzó a dominar.
Al entender cómo los organismos extremófilos pueden sobrevivir en los ambientes extremos de la Tierra, también podemos entender cómo los microorganismos pudieron haber sobrevivido a los viajes espaciales y cómo la hipótesis de la panspermia podría ser posible.
Misiones
La investigación sobre los límites ambientales de la vida y el funcionamiento de los ecosistemas extremos está en curso, lo que permite a los investigadores predecir mejor qué entornos planetarios tienen más probabilidades de albergar vida. Misiones como el módulo de aterrizaje Phoenix, Mars Science Laboratory, ExoMars, el rover Mars 2020 a Marte y la sonda Cassini a las lunas de Saturno tienen como objetivo explorar más a fondo las posibilidades de vida en otros planetas del Sistema Solar.
- Vikingo programa
Los dos módulos de aterrizaje Viking llevaron cada uno cuatro tipos de experimentos biológicos a la superficie de Marte a fines de la década de 1970. Estos fueron los únicos módulos de aterrizaje en Marte que llevaron a cabo experimentos que buscaban específicamente el metabolismo de la vida microbiana actual en Marte. Los módulos de aterrizaje utilizaron un brazo robótico para recolectar muestras de suelo en contenedores de prueba sellados en la nave. Los dos módulos de aterrizaje eran idénticos, por lo que se llevaron a cabo las mismas pruebas en dos lugares de Mars' superficie; Viking 1 cerca del ecuador y Viking 2 más al norte. El resultado no fue concluyente y algunos científicos aún lo cuestionan.
Norman Horowitz fue el jefe de la sección de biociencia del Laboratorio de Propulsión a Chorro para las misiones Mariner y Viking de 1965 a 1976. Horowitz consideró que la gran versatilidad del átomo de carbono lo convierte en el elemento con más posibilidades de brindar soluciones, incluso soluciones exóticas, a los problemas de supervivencia de la vida en otros planetas. Sin embargo, también consideró que las condiciones encontradas en Marte eran incompatibles con la vida basada en el carbono.
- Beagle 2
Beagle 2 fue un módulo de aterrizaje británico fallido que formó parte de la misión Mars Express de 2003 de la Agencia Espacial Europea. Su objetivo principal era buscar signos de vida en Marte, pasada o presente. Aunque aterrizó de manera segura, no pudo desplegar correctamente sus paneles solares y su antena de telecomunicaciones.
- EXPOSE
EXPOSE es una instalación multiusuario montada en 2008 fuera de la Estación Espacial Internacional dedicada a la astrobiología. EXPOSE fue desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para vuelos espaciales a largo plazo que permiten la exposición de químicos orgánicos y muestras biológicas al espacio exterior en órbita terrestre baja.
- Mars Science Laboratory
La misión Mars Science Laboratory (MSL) aterrizó el rover Curiosity que actualmente está en funcionamiento en Marte. Fue lanzado el 26 de noviembre de 2011 y aterrizó en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012. Los objetivos de la misión son ayudar a evaluar Marte' habitabilidad y, al hacerlo, determinar si Marte es o alguna vez ha sido capaz de sustentar vida, recopilar datos para una futura misión humana, estudiar la geología marciana, su clima y evaluar más a fondo el papel que juega el agua, un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos. jugó en la formación de minerales en Marte.
- Tanpopo
La misión Tanpopo es un experimento de astrobiología orbital que investiga la posible transferencia interplanetaria de vida, compuestos orgánicos y posibles partículas terrestres en la órbita terrestre baja. El propósito es evaluar la hipótesis de la panspermia y la posibilidad de transporte interplanetario natural de vida microbiana y compuestos orgánicos prebióticos. Los primeros resultados de la misión muestran evidencia de que algunos grupos de microorganismos pueden sobrevivir durante al menos un año en el espacio. Esto puede respaldar la idea de que grupos de microorganismos de más de 0,5 milímetros podrían ser una forma de que la vida se propague de un planeta a otro.
- ExoMars Rover
ExoMars es una misión robótica a Marte para buscar posibles firmas biológicas de vida marciana, pasada o presente. Esta misión astrobiológica está siendo desarrollada actualmente por la Agencia Espacial Europea (ESA) en asociación con la Agencia Espacial Federal Rusa (Roscosmos); está planeado para un lanzamiento en 2022.
- Marte 2020
Mars 2020 aterrizó con éxito su rover Perseverance en el cráter Jezero el 18 de febrero de 2021. Investigará entornos en Marte relevantes para la astrobiología, investigará sus procesos geológicos superficiales y su historia, incluida la evaluación de su habitabilidad pasada. y potencial para la preservación de firmas biológicas y biomoléculas dentro de materiales geológicos accesibles. El Equipo de Definición Científica propone que el rover recolecte y empaquete al menos 31 muestras de núcleos de roca y suelo para una misión posterior que los traerá para un análisis más definitivo en laboratorios en la Tierra. El rover podría realizar mediciones y demostraciones tecnológicas para ayudar a los diseñadores de una expedición humana a comprender los peligros que plantea el polvo marciano y demostrar cómo recolectar dióxido de carbono (CO2), que podría ser un recurso para producir oxígeno molecular. (O2) y combustible para cohetes.
- Europa Clipper
Europa Clipper es una misión planeada por la NASA para un lanzamiento en 2025 que realizará un reconocimiento detallado de la luna Europa de Júpiter e investigará si su océano interno podría albergar condiciones adecuadas para la vida. También ayudará en la selección de futuros lugares de aterrizaje.
- Dragonfly
Dragonfly es una misión de la NASA que aterrizará en Titán en 2036 para evaluar su habitabilidad microbiana y estudiar su química prebiótica. Dragonfly es un módulo de aterrizaje de helicópteros que realizará vuelos controlados entre múltiples ubicaciones en la superficie, lo que permite el muestreo de diversas regiones y contextos geológicos.
Conceptos propuestos
- Icebreaker Life
Icebreaker Life es una misión de aterrizaje que se propuso para el Programa Discovery de la NASA para la oportunidad de lanzamiento de 2021, pero no se seleccionó para su desarrollo. Habría tenido un módulo de aterrizaje estacionario que sería casi una copia del exitoso Phoenix de 2008 y habría llevado una carga útil científica de astrobiología mejorada, incluido un taladro central de 1 metro de largo para tomar muestras del suelo cementado con hielo en las llanuras del norte para realizar una búsqueda de moléculas orgánicas y evidencia de vida actual o pasada en Marte. Uno de los objetivos clave de la misión Icebreaker Life es probar la hipótesis de que el suelo rico en hielo en las regiones polares tiene concentraciones significativas de compuestos orgánicos debido a la protección del hielo contra los oxidantes y la radiación.
- Viaje a Enceladus y Titan
Journey to Enceladus and Titan (JET) es un concepto de misión de astrobiología para evaluar el potencial de habitabilidad de las lunas de Saturno, Encelado y Titán, por medio de un orbitador..
- Enceladus Life Finder
Encelado Life Finder (ELF) es un concepto de misión de astrobiología propuesto para una sonda espacial destinada a evaluar la habitabilidad del océano acuático interno de Encelado, Saturno' s sexta luna más grande.
- Investigación de la vida para Enceladus
Life Investigation For Enceladus (LIFE) es un concepto propuesto de misión de retorno de muestras de astrobiología. La nave espacial entraría en la órbita de Saturno y permitiría múltiples sobrevuelos a través de Enceladus' penachos de hielo para recolectar partículas de penacho de hielo y volátiles y devolverlos a la Tierra en una cápsula. La nave espacial puede tomar muestras de Enceladus' penachos, el anillo E de Saturno y la atmósfera superior de Titán.
- Oceanus
Oceanus es un orbitador propuesto en 2017 para la misión n.° 4 de New Frontiers. Viajaría a la luna de Saturno, Titán, para evaluar su habitabilidad. Los objetivos de Oceanus' son revelar la química orgánica, la geología y la gravedad de Titán., topografía, recopile datos de reconocimiento en 3D, catalogue los compuestos orgánicos y determine dónde pueden interactuar con el agua líquida.
- Explorador de Enceladus y Titan
Explorador de Encelado y Titán (E2T) es un concepto de misión orbital que investigaría la evolución y habitabilidad de los satélites de Saturno Encélado y Titán. El concepto de misión fue propuesto en 2017 por la Agencia Espacial Europea.
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