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Biología
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El estudio de los organismos vivos.
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Es posible que los ácidos nucleicos no sean las únicas biomoléculas del Universo capaces de codificar los procesos de la vida. [1]

La astrobiología , antes conocida como 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 considera la cuestión de si existe vida extraterrestre y, si existe, cómo los humanos pueden detectarla. [2] [3]

La astrobiología hace uso de la biología molecular , la biofísica , la bioquímica , la química , la astronomía , la cosmología física , la exoplanetología y la geología para investigar la posibilidad de vida en otros mundos y ayudar a reconocer biosferas que podrían ser diferentes a las de la Tierra. [4] El origen y la evolución temprana de la vida es una parte inseparable de la disciplina de la astrobiología. [5] La astrobiología se ocupa de la interpretación de los datos científicos existentes ., y aunque la especulación se considera para dar contexto, la astrobiología se ocupa principalmente de 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 biofirmas para la detección de vida y estudios sobre el potencial de la vida para adaptarse a desafíos en la Tierra y en el espacio ultraterrestre . [6] [7] [8]

Es posible que la bioquímica haya comenzado poco después del Big Bang , hace 13.800 millones de años , durante una época habitable en la que el Universo solo tenía entre 10 y 17 millones de años. [9] [10] Según la hipótesis de la panspermia , la vida microscópica, distribuida por meteoroides , asteroides y otros cuerpos pequeños del Sistema Solar, puede existir en todo el universo. [11] [12] 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 las galaxias más pequeñas como la Vía Láctea.. [13] No obstante, la Tierra es el único lugar en el universo que los humanos saben que alberga vida. [14] [15] Estimaciones de zonas habitables alrededor de otras estrellas, [16] [17] a veces denominadas " zonas Ricitos de oro ", [18] [19] junto con el descubrimiento de cientos 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 los que se consideraban posibles hasta hace muy poco. [20] [21] [22]

Los estudios actuales sobre el planeta Marte realizados por los rovers Curiosity y Opportunity Perseverance están buscando evidencia de vida antigua, así como llanuras relacionadas con ríos o lagos antiguos que pueden haber sido habitables . [23] [24] [25] [26] 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 .

Incluso si nunca se descubre vida extraterrestre, la naturaleza interdisciplinaria de la astrobiología y las perspectivas cósmicas y evolutivas engendradas por ella, aún pueden resultar en una variedad de beneficios aquí en la Tierra. [27]

Resumen [ editar ]

El término fue propuesto por primera vez por el astrónomo ruso ( soviético ) Gavriil Tikhov en 1953. [28] La 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, "externo"; Βίος, bios , "vida"; y λογία, -logia, estudio . El término exobiología fue acuñado por el biólogo molecular y ganador del Premio Nobel Joshua Lederberg . [29] Se considera que la exobiología tiene un alcance estrecho limitado a la búsqueda de vida externa a 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.

No se sabe si la vida en otras partes del universo utilizaría estructuras celulares como las que se encuentran en la Tierra. [30] ( Aquí se muestran los cloroplastos dentro de las células vegetales).

Otro término usado en el pasado es xenobiología , ("biología de los extranjeros") una palabra usada en 1954 por el escritor de ciencia ficción Robert Heinlein en su obra The Star Beast . [31] 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 en el laboratorio se han creado análogos de química alternativa a algunos procesos vitales, la xenobiología se considera ahora como un tema existente. [32]

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 . [33] [34] 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, fundamentando la especulación en lo desconocido, en la teoría científica conocida. [35]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 Programa de Astrobiología actual de la NASA. [2] [36] En 1971, la NASA financió la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI) para buscar frecuencias de radio del espectro electromagnético para comunicaciones interestelares transmitidas por vida extraterrestre fuera del Sistema Solar. Las misiones Viking de la NASA a Marte, lanzadas en 1976, incluyeron tres experimentos biológicos diseñados para buscar el metabolismo del presente.vida en Marte .

En junio de 2014, el Centro John W. Kluge de la Biblioteca del Congreso celebró un seminario centrado en la astrobiología. Miembros del panel (de izquierda a derecha) Robin Lovin, Derek Malone-France y Steven J. Dick

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 duros de la Tierra han llevado a la especulación de que posiblemente la vida prospere en muchos de los cuerpos extraterrestres del universo. [12] 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. Existe una creciente evidencia que sugiere que Marte ha tenido previamente una cantidad considerable de agua en su superficie , [37] [38] el agua se considera un precursor esencial para el desarrollo de la vida basada en el carbono. [39]

Las 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 [40] y el Beagle 2 falló minutos después del aterrizaje. [41] Una misión futura con un importante papel en la astrobiología habría sido el Júpiter Icy Moons Orbiter , diseñado para estudiar las lunas heladas de Júpiter, algunas de las cuales pueden tener agua líquida, si no hubiera sido cancelada. A finales de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix sondeó el medio ambiente en busca de la habitabilidad planetaria pasada y presente de la 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 de investigación principales y especifica varios objetivos científicos clave para cada tema. Los cinco temas de investigación son: [42] 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 el rover Curiosity , que aterrizó en Marte en el cráter Gale en agosto de 2012. [43] [44] [45] El rover Curiosity está investigando el medio ambiente en busca de habitabilidad planetaria pasada y presente. de vida microbiana en Marte . El 9 de diciembre de 2013, la NASA informó que, según la evidencia de Curiosity que estudia Aeolis Palus , el cráter Gale contenía un antiguo lago de agua dulce que podría haber sido un entorno hospitalario paravida microbiana . [46] [25]

La Agencia Espacial Europea está colaborando actualmente con la Agencia Espacial Federal Rusa (Roscosmos) y el desarrollo de la ExoMars Rover astrobiología, que fue programado para ser lanzado en julio de 2020, pero se aplazó hasta 2022. [47] Mientras tanto, la NASA lanzó el Marte 2020 astrobiología rover y recolector de muestras para un regreso posterior a la Tierra.

Metodología [ editar ]

Habitabilidad planetaria [ editar ]

Artículo principal: 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. Uno es el supuesto fundamentado 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. [48] ​​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 necesaria para establecer o romper un enlace se encuentra en el nivel adecuado para construir moléculas que no solo son estables, sino también reactivas. El hecho de que los átomos de carbono se unan fácilmente a otros átomos de carbono permite la formación 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 basadas en carbono que eventualmente podrían conducir al surgimiento de la vida . [49] [50] Algunos investigadores postulan ambientes de mezclas de agua y amoníaco como posibles solventes para tipos hipotéticos de bioquímica . [51]

Un tercer supuesto es centrarse en planetas que orbitan estrellas similares al Sol para aumentar las probabilidades de habitabilidad planetaria . [52] Las estrellas muy grandes tienen vidas relativamente cortas, lo que significa que la vida podría no tener tiempo para emerger en los planetas que las orbitan. Las estrellas muy pequeñas proporcionan tan poco calor y 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 con la estrella. [53] La larga vida de las enanas rojaspodría permitir el desarrollo de ambientes habitables en planetas con atmósferas espesas. 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 hay una forma evidente de saber si alguna de estas suposiciones simplificadoras es correcta.

Intentos de comunicación [ editar ]

Artículo principal: Comunicación con inteligencia extraterrestre.
La ilustración de la placa Pioneer

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 los humanos han incluido la transmisión de lenguajes matemáticos, sistemas pictóricos como el mensaje de Arecibo y enfoques computacionales para detectar y descifrar la comunicación del lenguaje "natural". El programa SETI , por ejemplo, utiliza tanto radiotelescopios como 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, [54] [55] el científico Stephen Hawking advirtió contra esto, sugiriendo que los extraterrestres simplemente podrían atacar la Tierra por sus recursos y luego seguir adelante. [56]

Elementos de astrobiología [ editar ]

Astronomía [ editar ]

Artículo principal: Astronomía
Impresión artística del planeta extrasolar OGLE-2005-BLG-390Lb orbitando su estrella a 20.000 años luz de la Tierra ; este planeta fue descubierto con microlente gravitacional .
La misión Kepler de la NASA , lanzada en marzo de 2009, busca planetas extrasolares .

La mayoría de las investigaciones en astrobiología relacionadas con la astronomía entran en la categoría de detección de planetas extrasolares (exoplanetas), y la hipótesis es que si la vida surgiera en la Tierra, también podría surgir en otros planetas con características similares. A tal fin, se han considerado una serie de instrumentos diseñados para detectar exoplanetas tamaño de la Tierra, más notablemente la NASA 's Terrestrial Planet Finder (TPF) y de la ESA Darwin programas, los cuales han sido canceladas. La NASA lanzó la misión Kepler en marzo de 2009 y la Agencia Espacial Francesa lanzó la misión espacial COROT en 2006. [57] [58]También se están llevando a cabo varios esfuerzos terrestres menos ambiciosos.

El objetivo de estas misiones no es solo detectar planetas del tamaño de la Tierra, sino también detectar directamente la luz del planeta para que pueda estudiarse espectroscópicamente . Al examinar los espectros planetarios, sería posible determinar la composición básica de la atmósfera y / o superficie de un planeta extrasolar. Con este conocimiento, es posible evaluar la probabilidad de que se encuentre vida en ese planeta. Un grupo de investigación de la NASA, Virtual Planet Laboratory, [59] está utilizando modelos informáticos para generar una amplia variedad de planetas virtuales para ver cómo se verían si los vieran TPF o Darwin. Se espera que una vez que estas misiones estén en línea, sus espectros se puedan cotejar 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 de la cual la vida podría surgir: [60]

dónde:

  • N = El número de civilizaciones comunicativas
  • R * = La tasa de formación de estrellas adecuadas (estrellas como nuestro Sol)
  • f p = La fracción de esas estrellas con planetas (la evidencia actual indica que los sistemas planetarios pueden ser comunes para estrellas como el Sol)
  • n e = El número de mundos del tamaño de la Tierra por sistema planetario
  • f l = La fracción de esos planetas del tamaño de la Tierra donde realmente se desarrolla la vida.
  • f i = La fracción de sitios de vida donde se desarrolla la inteligencia
  • f c = La fracción de planetas comunicativos (aquellos en los que se desarrolla la tecnología de comunicaciones electromagnéticas)
  • L = La "vida" de las civilizaciones comunicantes

Sin embargo, aunque el fundamento de la ecuación es sólido, es poco probable que la ecuación se limite a límites razonables de error 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. Los términos segundo y tercero, f p , estrellas con planetas y f e , planetas con condiciones habitables, se están evaluando para la vecindad de la estrella. Drake originalmente formuló la ecuación simplemente como una agenda para la discusión en la conferencia de Green Bank, [61]pero algunas aplicaciones de la fórmula se habían tomado literalmente y se habían relacionado con argumentos simplistas o pseudocientíficos . [62] Otro tema asociado es la paradoja de Fermi , que sugiere que si la vida inteligente es común en el universo , entonces debería haber signos obvios de ella.

Otra área de investigación activa 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) [63] pueden haber aumentado considerablemente la probabilidad de que surja vida inteligente en nuestro planeta. [64] [65]

Biología [ editar ]

Ver también: abiogénesis , biología y extremófilo.
Los respiraderos hidrotermales pueden albergar bacterias extremófilas en la Tierra y también pueden albergar vida en otras partes del cosmos.

La biología no puede afirmar que un proceso o fenómeno, al ser matemáticamente posible, tiene que existir a la fuerza en un cuerpo extraterrestre. Los biólogos especifican qué es especulativo y qué no. [62] El descubrimiento de extremófilos , organismos capaces de sobrevivir en ambientes extremos, se convirtió en un elemento de investigación central para los astrobiólogos, ya que son importantes para comprender cuatro áreas en los límites de la vida en el contexto planetario: el potencial de panspermia , contaminación hacia adelante debido a empresas de exploración humana, colonización planetaria por humanos y exploración de vida extraterrestre extinta y existente. [66]

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 energía de la luz solar para fotosintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono y agua, liberando oxígeno en el proceso que luego es consumido por organismos que respiran oxígeno, pasando su energía por la cadena alimentaria . Se pensaba que incluso la vida en las profundidades del océano, donde la luz del sol no puede llegar, se alimentaba del consumo de detritos orgánicos que llovían de las aguas superficiales o de los animales que lo hacían. [67] Se pensaba que la capacidad del mundo para sustentar la vida dependía de su acceso a la luz solar.. Sin embargo, en 1977, durante una inmersión exploratoria en el Rift de Galápagos en el sumergible de exploración de aguas profundas Alvin , los científicos descubrieron colonias de gusanos de tubo gigantes , almejas , crustáceos , mejillones y otras criaturas variadas agrupadas alrededor de características volcánicas submarinas conocidas como fumadores negros . [67] 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 oxigenada) 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 quimiolitoautotrofia basada en la desintegración radiactiva del uranio. [68] Esta quimiosíntesisrevolucionó el estudio de la biología y la astrobiología al revelar que la vida no tiene por qué 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, el ácido, el álcali, 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 pensaba que eran inhóspitos para la vida. [69] [70] Esto abrió una nueva vía en 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 líquenes Rhizocarpon Geographicum y Xanthoria elegans , [71]la bacteria Bacillus safensis , [72] Deinococcus radiodurans , [72] Bacillus subtilis , [72] levadura Saccharomyces cerevisiae , [72] semillas de Arabidopsis thaliana («berro de oreja de ratón»), [72] así como el animal invertebrado tardígrado . [72] Mientras que los tardígradosno se consideran verdaderos extremófilos, se consideran microorganismos extremotolerantes que han contribuido al campo de la astrobiología. Su extrema tolerancia a la radiación y la presencia de proteínas protectoras del ADN pueden proporcionar respuestas sobre si la vida puede sobrevivir lejos de la protección de la atmósfera terrestre. [73]

La luna de Júpiter, Europa , [70] [74] [75] [76] [77] [78] y la luna de Saturno, Encelado , [79] [80] ahora se consideran las ubicaciones más probables para la vida extraterrestre existente en el Sistema Solar. debido a sus océanos de agua subterránea donde el calentamiento radiogénico y de las mareas permite que exista agua líquida. [68]

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 conducían a la formación de compuestos orgánicos a partir de elementos inorgánicos y, por lo tanto, a 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 avanzado algo, pero aún no está claro si la vida pudo haberse formado de esa manera en la Tierra. La hipótesis alternativa de la panspermiaEs 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 trasladados a la Tierra: la hipótesis de la panspermia .

El polvo cósmico que impregna el universo contiene compuestos orgánicos complejos ("sólidos orgánicos amorfos con una estructura mixta aromático - alifática ") que podrían ser creados de forma natural y rápida por las estrellas . [81] [82] [83] 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 más facilidad para comenzar ya que estos orgánicos pueden servir como ingredientes básicos para la vida ". [81]

Más del 20% del carbono del universo puede estar asociado con hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) , posibles materiales de partida para la formación de 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 . [84] Los HAP se someten a condiciones de medio interestelar y se transforman mediante hidrogenación , oxigenación e hidroxilación en compuestos orgánicos más complejos.- "un paso en el camino hacia los aminoácidos y nucleótidos , la materia prima de las proteínas y el ADN , respectivamente". [85] [86]

En octubre de 2020, los astrónomos propusieron la idea de detectar vida en planetas distantes mediante el estudio de las sombras de los árboles en determinados momentos del día. [87] [88]

Astroecología [ editar ]

Artículo principal: Astroecología

La astroecología se refiere a las interacciones de la vida con los entornos y recursos espaciales, en planetas , asteroides y cometas . A mayor escala, la astroecología se refiere a los recursos para la vida sobre 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 recursos en suelos planetarios, utilizando materiales espaciales reales en meteoritos . [89] Los resultados sugieren que los materiales de condrita carbonácea y marciana pueden soportar cultivos de bacterias , algas y plantas (espárragos, patatas), con una alta fertilización del suelo. Los resultados apoyan 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 tales materiales de asteroides pueden usarse como suelo para futuras colonias espaciales. [89] [90]

En la mayor escala, la cosmoecología se refiere a la vida en el universo durante los tiempos cosmológicos. Las principales fuentes de energía pueden ser las estrellas gigantes rojas y las enanas blancas y rojas, que mantienen la vida durante 10 a 20 años. [89] [91] 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. [92]

Astrogeología [ editar ]

Artículo principal: Geología de los planetas solares terrestres.

La astrogeología es una disciplina de las ciencias planetarias 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 mantener 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 químicas que gobiernan la composición de las rocas y los suelos , los ciclos de la materia y la 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. [93] 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 vida pasada en la Tierra. Marte .

Los diversos grupos funcionales orgánicos, compuestos de 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 solo con algunos otros átomos, y las grandes moléculas de silicio son monótonas en comparación con el universo combinatorio de macromoléculas orgánicas. [62] [94] 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 detalle. [94]Aunque se espera que la vida terrestre y la vida que pueda surgir independientemente de la Tierra utilicen muchos bloques de construcción 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, la abundancia relativa de sustancias químicas clave para su supervivencia, sean las que sean, podrían delatar su presencia. Cualquiera que sea la vida extraterrestre, su tendencia a alterar químicamente su entorno podría simplemente delatarla. [95]

Vida en el Sistema Solar [ editar ]

Ver también: Abiogénesis , Vida en Marte , Vida en Venus , Vida en Europa , Vida en Titán y Tipos hipotéticos de bioquímica
Europa , debido al océano que existe bajo su superficie helada, podría albergar alguna forma de vida microbiana .

La gente ha especulado durante mucho tiempo sobre la posibilidad de vida en entornos distintos a la Tierra, sin embargo, las especulaciones sobre la naturaleza de la vida en otros lugares a menudo han prestado poca atención a las limitaciones impuestas por la naturaleza de la bioquímica. [94] La probabilidad de que la vida en todo el universo esté probablemente basada en carbono se sugiere por el hecho de que el carbono es uno de los elementos superiores más abundantes. Solo dos de los átomos naturales, carbono y silicio, se sabe que sirven como la columna vertebral de moléculas suficientemente grandes 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 llevar a cabo las reacciones del metabolismo biológico y la propagación.

La discusión sobre dónde podría ocurrir la vida en el Sistema Solar estuvo limitada históricamente por el entendimiento 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. [94] 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 , [96] [97] [98] [99] [100] y Encelado . [80] [101]

Marte , Encelado 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 disolvente en las células. [39] El agua en Marte se encuentra congelada en sus casquetes polares, y los barrancos recién tallados recientemente observados en Marte sugieren que puede existir agua líquida, al menos transitoriamente, en la superficie del planeta. [102] [103] A las bajas temperaturas y bajas presiones de Marte, es probable que el agua líquida sea muy salina. [104] En cuanto a Europa y Encelado, existen grandes océanos globales de agua líquida debajo de las heladas costras exteriores de estas lunas. [75] [96][97] Esta agua puede calentarse a un estado líquido por los respiraderos volcánicos en el fondo del océano, pero la principal fuente de calor es probablemente el calentamiento de las mareas . [105] El 11 de diciembre de 2013, la NASA informó sobre la detección de " minerales arcillosos " (específicamente, filosilicatos ), a menudo asociados con materiales orgánicos , en la corteza helada de Europa . [106] La presencia de los minerales puede haber sido el resultado de una colisión con un asteroide o un cometa, según los científicos. [106] Además, el 27 de junio de 2018, los astrónomos informaron de la detección de compuestos orgánicos macromoleculares complejos.en Encelado [107] 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". [80] [101]

Otro cuerpo planetario que podrían sostener la vida extraterrestre es Saturno, la luna más grande 's, Titán . [100] Se ha descrito que Titán tiene condiciones similares a las de la Tierra primitiva . [108] 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. [109] Algunos científicos creen que es posible que estos hidrocarburos líquidos sustituyan al agua en células vivas diferentes a las de la Tierra . [110] [111]Después de que se estudiaron los datos de Cassini, se informó en marzo de 2008 que Titán también puede tener un océano subterráneo compuesto de agua líquida y amoníaco . [112]

Se ha detectado fosfina en la atmósfera del planeta Venus . No se conocen procesos abióticos en el planeta que pudieran provocar su presencia. [113] Dado que Venus tiene la temperatura superficial más caliente de cualquier planeta del sistema solar, la vida venusiana, si existe, probablemente se limite a microorganismos extremófilos que flotan en la atmósfera superior del planeta, donde las condiciones son casi similares a las de la Tierra. [114]

Medir la proporción de los niveles de hidrógeno y metano en Marte puede ayudar a determinar la probabilidad de vida en Marte . [115] [116] Según los científicos, "... las proporciones bajas de H 2 / CH 4 (menos de aproximadamente 40) indican que es probable que haya vida presente y activa". [115] Otros científicos han informado recientemente sobre métodos para detectar hidrógeno y metano en atmósferas extraterrestres . [117] [118]

Los 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 sustancias químicas de partida como la pirimidina , que se encuentran en los meteoritos . La pirimidina, al igual que los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), es la sustancia química más rica en carbono que se encuentra en el universo . [119]

Hipótesis de tierras raras [ editar ]

Artículo principal: hipótesis de tierras raras

La hipótesis de las tierras raras postula que las formas de vida multicelulares que se encuentran en la Tierra pueden ser más raras de lo que suponen los científicos. 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 afamados astrónomos Frank Drake , Carl Sagan y otros. El Principio de Mediocridad sugiere que la vida en la Tierra no es excepcional, y es más que probable que se encuentre en innumerables otros mundos.

Investigación [ editar ]

Ver también: vida extraterrestre

La búsqueda sistemática de una posible vida fuera de la Tierra es un esfuerzo científico multidisciplinario válido. [120] 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 los virus se encuentren en otros planetas portadores de vida, [121] [122] y pueden estar presentes incluso si no hay células biológicas. [123]

Resultados de la investigación [ editar ]

¿Qué biofirmas produce la vida? [124] [125]

A partir de 2019 , no se ha identificado evidencia de vida extraterrestre. [126] El examen del meteorito Allan Hills 84001 , que se recuperó en la Antártida en 1984 y se originó en Marte , es considerado por David McKay , así como por algunos otros científicos, que contiene microfósiles de origen extraterrestre; esta interpretación es controvertida. [127] [128] [129]

Los asteroides pueden haber transportado vida a la Tierra . [12]

Yamato 000593 , el segundo meteorito más grande de Marte , fue encontrado en la Tierra en 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. [130] [131] [132]

El 5 de marzo de 2011, Richard B. Hoover , un científico del Marshall Space Flight Center , especuló sobre el hallazgo de presuntos microfósiles similares a las cianobacterias en meteoritos carbonosos CI1 en el marginal Journal of Cosmology , una historia sobre la que se informó ampliamente por los principales medios de comunicación . [133] [134] Sin embargo, la NASA se distanció formalmente de la afirmación de Hoover. [135] Según el astrofísico estadounidense Neil deGrasse Tyson : "Por el momento, la vida en la Tierra es la única vida conocida en el universo, pero hay argumentos convincentes que sugieren que no estamos solos". [136]

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. [137] [138] Otros investigadores informaron que los microbios prosperan dentro de las rocas hasta 1.900 pies (580 m) por debajo del fondo del mar bajo 8.500 pies (2.600 m) de océano frente a la costa del noroeste de Estados Unidos. [137] [139] Según uno de los investigadores, "Puedes encontrar microbios en todas partes; son extremadamente adaptables a las condiciones y sobreviven dondequiera que estén". [137] Se han encontrado evidencias de percloratos en todo el sistema solar, y específicamente en Marte. Dr. Kennda Lynchdescubrió el primer caso conocido de percloratos y microbios reductores de percloratos en un paleolaco en Pilot Valley, Utah. [140] [141] Estos hallazgos amplían la habitabilidad potencial de ciertos nichos de otros planetas.

Metano
Artículo principal: Metano en Marte

En 2004, la firma espectral del metano ( CH
4) fue detectado en la atmósfera marciana tanto por telescopios terrestres 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. [142] [143] 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. [144] [145] [146] La sonda europea ExoMars Trace Gas Orbiter 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 aumento del tiempo de observación indudablemente 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. Progresos en astronomía infrarroja yLa astronomía submilimétrica ha revelado los componentes de otros sistemas estelares .

Habitabilidad planetaria
Artículo principal: habitabilidad planetaria

Los esfuerzos para responder a preguntas como la abundancia de planetas potencialmente habitables en zonas habitables y 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 que se descubrió dentro de la zona habitable de su estrella es Gliese 581 c . [147]

Extremófilos [ editar ]

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 colonización futura de otros planetas. El objetivo es detectar aquellos organismos que son capaces de sobrevivir a las condiciones de los viajes espaciales 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 diversas estrategias para sobrevivir a las diferentes condiciones de estrés de diferentes ambientes extremos. Estas respuestas al estrés también podrían permitirles sobrevivir en duras condiciones espaciales.

La especie termófila G. thermantarcticus es un buen ejemplo de un microorganismo que podría sobrevivir a los viajes espaciales. Es una bacteria del género Bacillus formador 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 hasta -196 ° C, radiación UVC y rayos C ...). También es capaz de reparar los daños producidos por el entorno espacial.

Al comprender cómo los organismos extremófilos pueden sobrevivir a los entornos extremos de la Tierra, también podemos comprender cómo los microorganismos podrían haber sobrevivido a los viajes espaciales y cómo podría ser posible la hipótesis de la panspermia. [148]

Misiones [ editar ]

La investigación sobre los límites ambientales de la vida y el funcionamiento de 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 , el Laboratorio Científico de Marte , 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.

Programa vikingo
Artículo principal: Experimentos biológicos del módulo de aterrizaje Viking

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 de 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 la superficie de Marte; Viking 1 cerca del ecuador y Viking 2 más al norte. [149] El resultado no fue concluyente, [150] y todavía es discutido por algunos científicos. [151] [152] [153] [154]

Norman Horowitz fue el jefe de la sección de biociencias 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 más propenso a aportar soluciones, incluso exóticas, a los problemas. de supervivencia de la vida en otros planetas. [155] Sin embargo, también consideró que las condiciones encontradas en Marte eran incompatibles con la vida basada en carbono.

Beagle 2
Réplica del módulo de aterrizaje Beagle-2 de 33,2 kg
Arte conceptual del rover del Laboratorio Científico de Marte

Beagle 2 fue unmódulo de aterrizaje británico fallidoque formó parte de lamisión Mars Express de 2003 de la Agencia Espacial Europea . Su propósito principal era buscar signos de vida en Marte , pasada o presente. Aunque aterrizó de manera segura, no pudo desplegar correctamente sus paneles solares y antena de telecomunicaciones. [156]

EXPONER

EXPOSE es una instalación multiusuario montada en 2008 fuera de la Estación Espacial Internacional dedicada a la astrobiología. [157] [158] EXPOSE fue desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para vuelos espaciales a largo plazo que permiten la exposición de productos químicos orgánicos y muestras biológicas al espacio exterior en órbita terrestre baja . [159]

Laboratorio de Ciencias de Marte

La misión Mars Science Laboratory (MSL) aterrizó el rover Curiosity que se encuentra actualmente en funcionamiento en Marte . [160] Se lanzó el 26 de noviembre de 2011 y aterrizó en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012. [45] Los objetivos de la misión son ayudar a evaluar la habitabilidad de Marte y, al hacerlo, determinar si Marte es o alguna vez ha sido capaz de albergar vida . [161] recopilar datos para una futura misión humana , estudiar la geología marciana, su clima y evaluar más a fondo el papel que desempeñó el agua , un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos, 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 de 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. [162] Esto puede apoyar la idea de que grupos de más de 0,5 milímetros de microorganismos podrían ser una forma de que la vida se propague de un planeta a otro. [162]

Rover de ExoMars
Modelo de rover de ExoMars

ExoMars es una misión robótica a Marte para buscar posibles firmas biológicas de la 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 previsto su lanzamiento en 2022. [163] [164] [165]

Marte 2020
Interpretación del artista del rover Perseverance en Marte, con el ingenio del mini helicóptero al frente

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 de superficiee historia, incluida la evaluación de su habitabilidad pasaday el potencial de preservación de biofirmas y biomoléculas dentro materiales geológicos. [166] El Equipo de Definición Científica propone que el rover recolecte y empaque al menos 31 muestras de núcleos de roca y suelo para una misión posterior y las lleve de regreso para un análisis más definitivo en los laboratorios de la Tierra. El rover podría realizar mediciones y demostraciones de tecnología para ayudar a los diseñadores de unLa expedición humana comprende los peligros que plantea el polvo marciano y demuestra cómo recolectar dióxido de carbono (CO 2 ), que podría ser un recurso para producir oxígeno molecular (O 2 ) y combustible para cohetes . [167] [168]

Europa Clipper

Europa Clipper es una misión planeada por la NASA para un lanzamiento en 2025 que llevará a cabo un reconocimiento detallado dela lunade Júpiter , Europa, e investigará si su océano interno podría albergar condiciones adecuadas para la vida. [169] [170] También ayudará en la selección de futuros lugares de aterrizaje . [171] [172]

Conceptos propuestos [ editar ]

Vida rompehielos

Icebreaker Life es una misión de aterrizaje que se propuso para el Programa Discovery de la NASApara la oportunidad de lanzamiento de 2021, [173] pero no fue seleccionada para su desarrollo. Habría tenido un módulo de aterrizaje estacionario que sería casi una copia del exitoso Phoenix de 2008y habría llevado una carga útil científica de astrobiología mejorada, incluido un taladro de núcleo de 1 metro de largo para tomar muestras de 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 . [174] [175] Uno de los objetivos clave de lamisión Icebreaker Life es probar la hipótesis.que el suelo rico en hielo en las regiones polares tiene concentraciones significativas de orgánicos debido a la protección del hielo contra oxidantes y radiación .

Viaje a Encelado y Titán

Journey to Enceladus and Titan ( JET ) es un concepto de misión de astrobiología para evaluar elpotencial de habitabilidad delas lunasde Saturno , Encelado y Titán, por medio de un orbitador. [176] [177] [178]

Buscador de vida de Encelado

Encelado Life Finder ( ELF ) es un concepto de la misión de astrobiología propuesto para una sonda espacial que se pretende evaluar la habitabilidad del océano acuático interior de Encelado , Saturno 'es el sexto mayor luna . [179] [180]

Investigación de vida para Encelado

Life Investigation For Enceladus ( LIFE ) es un concepto de misión de retorno de muestras de astrobiología propuesto. La nave espacial entraría en laórbita de Saturno y permitiría múltiples sobrevuelos a través de las plumas heladas de Encelado para recolectar partículas y sustancias volátiles heladas y devolverlas a la Tierra en una cápsula. La nave espacial puede tomar muestras de las plumas de Encelado, el anillo E de Saturno y la atmósfera superior de Titán . [181] [182] [183]

Oceanus

Oceanus es un orbitador propuesto en 2017 para lamisión New Frontiers No. 4. Viajaría a la luna de Saturno , Titán , para evaluar su habitabilidad . [184] Los objetivos de Oceanus son revelar la química orgánica , geología, gravedad, topografía deTitán, recopilar datos de reconocimiento en 3D, catalogar los orgánicos y determinar dónde pueden interactuar con el agua líquida. [185]

Explorador de Encelado y Titán

El Explorador de Encelado y Titán ( E 2 T ) es un concepto de misión en órbita que investigaría la evolución y habitabilidad de los satélites de Saturno Encelado y Titán . El concepto de misión fue propuesto en 2017 por la Agencia Espacial Europea . [186]

Ver también [ editar ]

Abiogénesis  : proceso natural por el cual la vida surge de la materia no viva.
  • SETI activo  : intento de enviar mensajes a extraterrestres inteligentes
  • Astrobiology.com Fuente de noticias mejor clasificada para Astrobiología
  • Revista de astrobiología
  • Astrobotánica  : el estudio de las plantas cultivadas en naves espaciales
  • Astroquímica  : el estudio de las moléculas del Universo y sus reacciones.
  • Astrovirologia
  • Polvo cósmico  - Polvo flotando en el espacio
  • Exoplanetología  : estudio de planetas fuera del Sistema Solar
  • Vida extraterrestre: vida  hipotética que puede ocurrir fuera de la Tierra y que no se originó en la Tierra.
  • Curación de muestras extraterrestres  : el uso y conservación de muestras extraterrestres
  • Contaminación directa
  • Tipos hipotéticos de bioquímica  : posibles bioquímicos alternativos utilizados por las formas de vida
  • Lista de microorganismos probados en el espacio exterior  - artículo de la lista de Wikipedia
  • Nexus for Exoplane System Science  : dedicado a la búsqueda de vida en exoplanetas
  • Habitabilidad planetaria  : grado en el que un planeta es adecuado para la vida tal como la conocemos.
  • Protección planetaria  : principio rector en el diseño de una misión interplanetaria, cuyo objetivo es prevenir la contaminación biológica tanto del cuerpo celeste objetivo como de la Tierra.
  • Planet Simulator  : máquina diseñada para estudiar la vida en el universo
  • Biología sintética  : rama interdisciplinaria de la biología y la ingeniería.
  • Xenobiología  : ciencia de las formas de vida sintéticas
  • Cosmobiología

Referencias [ editar ]

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Bibliography[edit]

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Further reading[edit]

  • D. Goldsmith, T. Owen, The Search For Life in the Universe, Addison-Wesley Publishing Company, 2001 (3rd edition). ISBN 978-1891389160

External links[edit]

  • Astrobiology.nasa.gov
  • Spanish Centro de Astrobiología
  • UK Centre for Astrobiology
  • Astrobiology Research at The Library of Congress
  • Astrobiology Survey – An introductory course on astrobiology
  • Astrobiology Magazine Exploring Solar System and Beyond