La NASA ha publicado diversos artículos para explicar cómo sus astrónomos y astróbiologos buscan vida más allá de la Tierra. Este es el primero de una entrega de 3 publicaciones en total. La primera parte busca respuestas en la Tierra y en los procesos químicos necesarios, según estudios, para que la vida sea posible.
Para trazar el curso de la vida en el cosmos, podríamos comenzar con las primeras células, moviéndose y quemando energía, tal vez en un hueco en la superficie recién acuñada de la Tierra, o en un respiradero sobrecalentado en el fondo de un mar antiguo.
Pero una verdadera comprensión de la vida, en la Tierra o en algún otro mundo, probablemente requerirá que desentrañemos incluso los comienzos anteriores: la ignición de las estrellas con su carga de bloques de construcción de la vida, la formación de planetas a partir de discos protoplanetarios, la energía y la química de las superficies y atmósferas.
Con más de 5.000 exoplanetas confirmados, y probablemente miles de millones más en nuestra galaxia, la Vía Láctea, los posibles lugares donde podría residir otra vida se han disparado en los últimos años. Y con telescopios más sofisticados escaneando el cielo y en desarrollo, tenemos mejores herramientas que nunca para comprender estos mundos distantes.
Para buscar respuestas a esa vieja pregunta “¿Estamos solos?” con estas nuevas herramientas, ¿qué necesitamos saber?
“No sabemos dónde buscar o qué buscar si no entendemos lo que sucedió en la Tierra”, dijo Mary Voytek, directora del Programa de Astrobiología de la NASA en la sede de la agencia en Washington.
La cuestión de los orígenes se convierte rápidamente en un trabajo pesado, por lo que podría ser mejor romperlo en pedazos. Comencemos con lo que sabemos.
¿Cómo surgió la vida en la Tierra?
Gran parte de la investigación astrobiológica de la NASA, que estudia los orígenes y requisitos de la vida en el cosmos, comienza aquí mismo en casa. Y se remonta al nacimiento de nuestra estrella, el Sol, dentro de una nube arremolinada de gas y polvo.
Esa nube contenía ingredientes esenciales para la vida, incluyendo carbono, agua, amoníaco, metano y otros bloques de construcción, moléculas hechas de elementos forjados en su mayoría en los corazones de generaciones anteriores de estrellas, cuyas muertes explosivas dispersaron su contenido a través del cosmos.
Ver los mismos componentes en familias distantes de estrellas y planetas puede marcar la primera casilla en la lista de condiciones habitables.
“Comenzó con la estrella”, dijo Voytek. “La razón por la que terminó con la vida en la Tierra está en los detalles: cómo se formaron los planetas a partir del disco giratorio de gas denso que rodea a una estrella recién formada, la relación con todo el sistema, la estrella, los otros planetas a su alrededor, que hizo que la Tierra fuera habitable y apoyó el surgimiento y la evolución de la vida”.
Siguiente en la lista de condiciones favorables a la habitabilidad: donde la Tierra terminó una vez que se formó nuestro sistema solar. La Tierra habita en la “zona habitable”, la distancia orbital de una estrella que permite que el agua líquida se acumule en la superficie de un planeta bajo una atmósfera adecuada. La vida en la Tierra habita en una gama sorprendentemente diversa de condiciones, desde frío profundo hasta piscinas cáusticas y hirvientes, pero todas parecen requerir agua líquida. Los científicos esperan que el agua también sea esencial para la vida en otros mundos.
Venus, por lo demás el gemelo de la Tierra en tamaño y composición rocosa, orbita demasiado cerca del Sol, justo dentro del borde interior de la zona habitable. En su superficie, lo suficientemente caliente como para derretir el plomo, el agua líquida está fuera de discusión, aunque podría haber existido en el pasado. En la superficie marciana de hoy, congelada y expuesta bajo las atmósferas más delgadas en el borde exterior de la zona habitable, el agua líquida persistente es altamente improbable.
Las lunas heladas del sistema solar exterior, con sus océanos ocultos de agua líquida, también podrían proporcionar condiciones habitables, a pesar de estar fuera de la zona habitable tradicional.
Si bien entornos similares a los que se encuentran entre nuestros planetas y lunas podrían prevalecer en sistemas en otras partes de la galaxia, algunos, como las “exolunas” potencialmente habitables, están fuera del alcance de nuestra actual tecnología de teledetección. Por lo tanto, la zona habitable y la posibilidad de agua superficial son, en el mejor de los casos, una guía aproximada, ayudando a los astrónomos a clasificar la variedad de exoplanetas en busca de posibles objetivos con vida.
Obtener la química correcta
Los científicos interesados en esta pregunta, así como en comprender el origen de la vida, también se centran en las moléculas y la química. ¿Cómo las interacciones microscópicas en una Tierra primitiva volátil, hace unos cuatro mil millones de años, crearon un paquete de material que consume energía y produce desechos que definiríamos como “vivo”?
Los científicos ofrecen muchos escenarios potenciales para poner en marcha la vida, dijo Betül Kaçar, profesor del Departamento de Bacteriología de la Universidad de Wisconsin-Madison. Kaçar dirige el Laboratorio de Paleobiología Molecular en UW-Madison, así como el proyecto del Consorcio Interdisciplinario de la NASA para la Investigación en Astrobiología (ICAR), Utilización y Selección de Metales a través de Eones (MUSE), que estudia la delicada danza entre la evolución, la geoquímica y la biología de la vida temprana.
“Tal vez la vida comenzó a través del impacto de un cometa”, dijo Kaçar. “O síntesis de choque, o respiraderos hidrotermales. Estas son algunas de las ideas más populares y grandes”.
Su grupo de investigación adopta un enfoque experimental, centrándose en parte en las enzimas, las proteínas que desencadenan reacciones químicas en nuestras células, también conocidas como metabolismo, que pueden ayudar a construir o descomponer el material celular.
“Resucitamos múltiples enzimas importantes para explorar antiguos sistemas biológicos que básicamente se remontan al nacimiento de estas innovaciones metabólicas: cómo la vida aprendió a usar lo que estaba disponible en su entorno, incluida la atmósfera, en primer lugar”, dijo Kaçar. “Estamos usando el ADN disponible para invertir el reloj y retroceder miles de millones de años en el pasado”.
Kaçar dice que también ha visto un cambio en los últimos años en la investigación astrobiológica, hacia la exploración del comportamiento de antiguas agregaciones de moléculas que podrían verse como realistas, en lugar de simplemente sintetizar los compuestos químicos asociados con la vida temprana.
Estos bien podrían incluir formas “más desordenadas” de moléculas, dijo Voytek: “protomoléculas”, capaces de almacenar información o catalizar reacciones, pero mucho más primitivas y menos eficientes que el ARN y el ADN comparativamente eficientes con los que estamos familiarizados hoy.
“Estamos viendo esto como algo realista, pero no exactamente la vida”, dijo Voytek.
Voytek y Kaçar también ven otro cambio: una expansión en nuestra visión de la historia de la vida en la Tierra que abarca desde el fondo del océano profundo en los respiraderos hidrotermales, una posible vía viable para el origen de la vida, hasta la química potencial generadora de vida en la superficie terrestre más temprana. Los componentes y funciones de la vida podrían incluso haber surgido poco a poco, en varios momentos y lugares durante cientos de millones de años, solo más tarde se unieron para formar organismos vivos reconocibles.
La química en todo este espectro puede acceder a “más variedad de fuentes de energía, diversidad mineral, presencia de ciclos húmedo-seco”, dijo Kaçar. “Cuando se trata del origen de la vida, se trata de ubicación, ubicación, ubicación y también química”.
Lo que podemos aprender de otros planetas
Mientras tanto, a medida que nuestros ojos en el universo crecen en sofisticación, también lo hace nuestra capacidad para encontrar exoplanetas y aprender más sobre ellos.
Hasta ahora, los telescopios han revelado que los exoplanetas vienen en muchos sabores, algunos rocosos, otros gaseosos. Incluyen “súper-Tierras”, que podrían o no ser ampliadas, mundos rocosos y “mini-Neptunos”, versiones menores de nuestro propio Neptuno, dos tipos de planetas que, aunque comunes en la galaxia, son extraños para nosotros porque no ocurren en nuestro sistema solar. Agregue a la colección de animales “Júpiter calientes” y “Saturnos calientes”, en órbitas estrechas y abrasadoras alrededor de sus estrellas, y planetas errantes flotando libremente por el espacio sin una estrella madre.
El conocimiento humano de otros mundos continúa siendo profundamente moldeado por telescopios espaciales cada vez más potentes. Las encuestas realizadas por Kepler de la NASA y el aún activo Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) nos han ayudado a descubrir planetas, mientras que el Telescopio Espacial James Webb ha comenzado a entregar un torrente de imágenes y datos atmosféricos. El Telescopio Espacial Roman, que se espera que se lance en 2027, puede descubrir unos 100.000 más de estos mundos distantes, además de probar nuevas tecnologías para obtener imágenes directas de exoplanetas.
En el futuro, incluso telescopios espaciales más potentes podrían buscar directamente en las atmósferas de exoplanetas signos de vida, lo que los astrobiólogos llaman biofirmas.
Pero si la Tierra es nuestro modelo para buscar evidencia de vida entre los exoplanetas, debemos aprender no solo cómo detectar biofirmas de un planeta que se asemeja a nuestro mundo actual. También debemos tratar de reconocer signos de vida en planetas que se asemejan al pasado distante de la Tierra, cuando las condiciones eran muy diferentes a las actuales.
Timothy Lyons, profesor de biogeoquímica en la Universidad de California, Riverside, dirige el Equipo de Tierras Alternativas, anteriormente financiado a través del Instituto de Astrobiología de la NASA y ahora como un proyecto ICAR. El equipo investiga cómo la Tierra podría haber mirado a un observador distante en varios puntos de su existencia de 4.5 millones de años.
“La Tierra es el único planeta que conocemos con vida”, dijo Lyons. “Pero la Tierra ha sido muchos planetas diferentes a lo largo de su historia. Esas son las Tierras alternativas”.
¿Reconoceríamos una Tierra viva, por ejemplo, antes de que el oxígeno fuera lo suficientemente abundante en la atmósfera para ser detectado? Las formas de vida que no dependían del oxígeno prosperaron durante miles de millones de años antes de que una atmósfera oxigenada se hubiera registrado en los instrumentos de un observador a muchos años luz de distancia. Y después de que la vida comenzó a producir oxígeno, su acumulación en la atmósfera fue probablemente lo suficientemente baja como para evadir la detección durante miles de millones de años.
Incluso es posible, dijo, que el oxígeno hubiera permanecido indetectable hasta quizás hace tan solo 800 millones de años, mucho después de la aparición más temprana de vida compleja, células con un núcleo central, y casi al mismo tiempo que la vida animal más temprana.
Uno de los objetivos del equipo de investigación de Lyons es utilizar mediciones químicas de rocas antiguas, que proporcionan un registro del pasado, así como modelos informáticos, para producir una especie de catálogo de perfiles gaseosos de las muchas fases de la Tierra. Usando tal plataforma, pueden imaginar posibilidades en planetas distantes, incluso si son muy diferentes de cualquier cosa en los archivos de la Tierra. Si Webb y los futuros telescopios espaciales capturan perfiles coincidentes en la atmósfera de un exoplaneta, podría ser un fuerte signo de una “biosfera”, un mundo marcado por condiciones ambientales y cambios que impulsan, y son impulsados por, alguna forma de vida.
“El objetivo final es comprender cómo un planeta puede desarrollar y mantener una biosfera detectable, no solo saber que [la vida] podría estar allí, sino que está allí”, dijo Lyons. “Y esperamos que nuestro trabajo informe los diseños de nuevos telescopios y las interpretaciones de las primeras olas de datos de composición atmosférica de planetas en zonas habitables”.
Los futuros investigadores también tendrán que reconocer los procesos no biológicos que podrían producir gases que interpretamos como biofirmas. La fotoquímica y ciertas propiedades atmosféricas podrían producir abundante oxígeno, por ejemplo, en un planeta desprovisto de vida.
Adoptar una visión tan holística del potencial de la vida más allá de la Tierra requiere equipos multidisciplinarios como el de Lyons y Kaçar, que involucran a biólogos, geoquímicos, geólogos, investigadores de exoplanetas y otros.
“Es casi como si un biólogo, un geólogo y un astrónomo entraran en un bar, y la vida sucede”, dijo Kaçar. O podrían pedir un “batido”, dice, una mezcla de muchas disciplinas científicas para descifrar el código de detección de vida, entre nuestros planetas vecinos o los exoplanetas dispersos por toda la galaxia.
“Hay un interés increíble en este momento, más de lo que he visto, hacia la búsqueda de este problema, una cantidad increíble de estudiantes”, dijo. “Es realmente salvaje e increíblemente inspirador. Por eso creo que estamos muy cerca de resolver esto. Es muy divertido”.
Publicado por primera vez por Pat Brennan, Programa de Exploración de Exoplanetas de la NASA.