EXOBIOLOGÍA Y CIENCIAS PLANETARIAS La búsqueda de vida en el Universo

La historia de la Tierra y la búsqueda de vida extraterrestre

Por: Luis A. Saldarriaga B.
      Exobiólogo aficionado
      Septiembre 20 de 2006

La Tierra (y la Luna) vistas desde Saturno. Algún día veremos imágenes de exoplanetas similares al nuestro.

Es sólo cuestión de tiempo antes de que se detecte un exoplaneta similar a la Tierra pero, ¿cómo podríamos saber si tiene vida? Esta es una de las preguntas más fundamentales en Exobiología y desde luego no sería fácil de responder, pero se podría intentar comparándolo con nuestro planeta. Una manera de hacerlo sería a través de la historia de la Tierra (y por ende de la atmósfera). Teniendo en cuenta que los seres vivos somos responsables en gran parte de las variaciones en la composición atmosférica, si se detectan gases similares (en composición y en cantidad) a los que hubo o hay aquí, entonces existirá una gran posibilidad de que la vida esté evolucionando en ese otro sitio. Esta detección será posible mediante la observación espectral de los exoplanetas (lo cual permite determinar su composición química mediante el análisis de la luz que reflejan). Además de los potentes telescopios actualmente disponibles, se espera contar en algunos años con los telescopios espaciales TPF (Terrestrial Planet Finder de la agencia espacial norteamericana NASA) y Darwin (agencia espacial europea ESA), con los cuales se espera detectar planetas similares al nuestro (en composición y tamaño).

Un experimento relacionado con esto se hizo con la sonda Galileo durante su complicado itinerario hacia Júpiter. El 8 de diciembre de 1990 sobrevoló la Tierra y analizó su espectro en búsqueda de señales de vida, como si se tratara de un planeta extraterrestre. Si bien los resultados no demostraron concluyentemente la presencia de vida en nuestro planeta (aunque desde luego no nos cabe duda de que la hay), sí mostraron datos que lo sugieren, tales como la gran abundancia de oxígeno y la presencia simultánea de metano (una asociación sólo explicable por la presencia de seres vivos), además de grandes cantidades de agua líquida.

Indicadores de procesos biológicos

Espectro infrarrojo de la Tierra, Venus y Marte. Sólo la Tierra muestra la presencia de agua y ozono.

1. Agua (H₂O)
   El agua líquida es indispensable para la vida aquí en la Tierra: donde quiera que hay agua (líquida) se encuentran formas de vida (así sean microscópicas). De hecho, la búsqueda de vida en otros lugares de nuestro Sistema Solar se basa en dicha premisa: Marte (tuvo agua líquida al comienzo de su historia geológica y aún posee grandes reservas de agua congelada en su subsuelo), Europa (luna de Júpiter que se cree posee un gran mar interior por debajo de su superficie helada) y Enceladus (donde se ha detectado recientemente un géiser que arroja vapor de agua lo que sugiere la presencia de agua líquida en su polo sur).

2. Oxígeno (O₂) y ozono (O₃)
   El oxígeno se produce principalmente por mecanismos biológicos: fotosíntesis; pero también se puede producir por fotodisociación del agua causada por la radiación UV en la alta atmósfera. Eso sucede en las atmósferas de Venus y Marte, pero las cantidades atmosféricas son muy bajas, aunque se sabe que ambos planetas han tenido grandes cantidades de agua. Aparentemente, sólo los sistemas biológicos lograrían explicar su abundancia en nuestro planeta (como efectivamente es el caso). El O₂ no es fácil de detectar espectralmente; pero el ozono, derivado del oxígeno por la acción de los rayos ultravioleta (UV) en la alta atmósfera; sí lo es. El O₃ ha tenido además un papel muy importante para la continuidad de la vida en la Tierra al brindar protección contra los letales rayos UV.

3. Metano (CH₄)
   En las condiciones actuales de la Tierra, el metano no debería durar más de 10 años en la atmósfera, dado que se oxida muy rápidamente. Por lo tanto debe existir una fuente para explicar su permanencia. Carl Sagan considera que el aporte geológico del mismo es mínimo. De hecho, se sabe que casi la mitad del CH₄ es producido por sistemas naturales (principalmente bacterias metanógenas), y aproximadamente la otra mitad por el hombre (cultivos de arroz, flatulencia del ganado, quemas de combustibles fósiles).

4. Óxido nitroso (N₂O)
   El óxido nitroso es otro indicador de procesos biológicos. Su vida media en la atmósfera es de tan sólo 50 años. También se puede producir por mecanismos no biológicos (incluyendo los rayos y ciertas formas de contaminación industrial), pero el aporte principal en la Tierra lo hacen las llamadas bacterias nitrificantes.

5. Clorofila
   Si bien no se puede detectar espectralmente a la clorofila de manera concluyente, su posible presencia, asociada con la detección de O₂ (vía O₃); sugiere fuertemente la presencia de organismos fotosintéticos, posiblemente plantas.

La historia de la Tierra (drama en 7 actos)

1. Época 0 (3.900 millones de años) - Febrero 12

La atmósfera de la Tierra primitiva debió ser muy hostil para la mayoría de las formas de vida que actualmente viven en nuestro planeta

La atmósfera era turbulenta, compuesta principalmente por nitrógeno, dióxido de carbono (producto de la actividad volcánica) y ácido sulfídrico. Los días eran más cortos, iluminados por un Sol rojizo y menos brillante que el de ahora, sobre un cielo color ladrillo. Nuestro planeta estaba cubierto por un océano de aspecto lodoso, y el olor debía ser espantoso (a coles podridas).

2. Época 1 (3.500 millones de años) - Marzo 17

3. Época 2 (2.400 millones de años) - Junio 5

Titán (luna de Saturno). La Tierra pudo tener un aspecto similar hace miles de millones de años.

En esta época la atmósfera alcanzó su máxima concentración de metano. Los gases dominantes eran por lo tanto el nitrógeno, el dióxido de carbono (CO₂) y el metano. Se comenzaron a formar las masas continentales. Entran entonces en acción las cianobacterias, las cuales comenzaron a liberar oxígeno (O₂) gracias a la fotosíntesis, la cual les permitía (y aún les permite) convertir el dióxido de carbono y el agua en compuestos orgánicos, liberando el O₂ como un producto de desecho. Se discute cuál pudo ser el valor de la relación CH₄/CO₂. Si fue superior a 1, eso implicaría que nuestro planeta estuvo cubierto por una espesa neblina que debió darle un aspecto similar a Titán.

4. Época 3 (2.000 millones de años) - Julio 16

 

Las cianobacterias fueron los primeros microbios en producir oxígeno mediante la fotosíntesis

El paisaje cambió significativamente, el terreno era ahora plano y húmedo, con charcos cubiertos por capas de espuma verde parduzca brillante que flotaban sobre un agua maloliente, y la presencia de volcanes humeantes en la distancia. Gracias a la acción fotosintética de las cianobacterias, se altera significativamente la composición de la atmósfera. El oxígeno, un gas muy reactivo liberado por ellas, se acumuló provocando la extinción casi total de las bacterias anaerobias productoras de metano, lo que a su vez eliminó casi todo el metano y el dióxido de carbono. Se cree que esta, la mayor contaminación que haya sufrido nuestro planeta en toda su historia, resultó catastrófica para las formas de vida dominantes en esa época, pero en cambio favoreció el desarrollo de formas de vida multicelular, lo que hizo posible la aparición finalmente de los seres humanos.

5. Época 4 (800 millones de años) - Octubre 13

La fauna de la "Explosión Cámbrica"

Siguen subiendo los niveles de oxígeno. Hace 550-500 millones de años se produce la "Explosión Cámbrica" que corresponde al momento en que la vida deja de ser casi totalmente microscópica y aparecen los principales grupos de animales. Para esta época, la Tierra estaba cubierta de zonas cenagosas, mares, y se observaban unos pocos volcanes activos. Los océanos estaban repletos de vida.

6. Época 5 (300 millones de años) - Noviembre 8

Los dinosaurios dominaron la Tierra durante más de 150 millones de años

La vida finalmente conquista la tierra firme desde los océanos, la atmósfera alcanza su composición actual de nitrógeno y oxígeno. Comienza el período mesozóico donde aparecerían los dinosaurios, por lo que el paisaje debió ser similar al de la película Jurassic Park.

7. Época 6 (actual) - Diciembre 31 (11:59:59)

Debido a la contaminación producida por el hombre, hay acumulación de gases como el dióxido de carbono, el óxido nitroso y el metano, todos ellos con una gran capacidad de producir efecto invernadero; y en la atmósfera superior de clorofluorocarbonos como el Freón, responsables de la pérdida de la capa de ozono. Esta vez somos los humanos los seres vivos responsables de modificar de manera importante la composición atmosférica.

La búsqueda de vida extraterrestre

La detección de ozono en la atmósfera de un planeta podría indicar presencia de vida

1. Para un exoplaneta ubicado en la Época 1, la vida sólo se podría detectar in situ mediante señales isotópicas. El dióxido de carbono debería servir como un poderoso indicador biológico puesto que es el subproducto metabólico de virtualmente todos los seres vivos. Pero también puede ser arrojado a la atmósfera en grandes cantidades por actividad volcánica. Por consiguiente, su presencia no garantiza la presencia de la vida.

2. Los seres vivos prefieren utilizar el isótopo del carbono conocido como carbono 12 (el cual tiene doce protones y 12 neutrones en su núcleo) en lugar de isótopos del carbono más pesados (carbono 13 o carbono 14). La medición de una alta relación de los isótopos carbono 12 (12C) vs carbono 13 (13C) -conocida como 12C/13C- en el CO₂ en otro planeta, podría sugerir que es el subproducto de actividad bacteriana, y sería por lo tanto un fuerte indicador de la presencia de seres vivos en dicho sitio. Pero esto requeriría el envío de una sonda, algo fuera de nuestro alcance con la tecnología disponible ahora o en un futuro cercano.

3. El metano, muy abundante en las Épocas 1 y 2, podría servir igualmente como un marcador biológico, aunque debe advertirse que también puede ser producido por procesos geológicos no relacionados con la vida. Nuevamente en este caso, una alta relación 12C/13C (si se pudiera medir in situ en el metano atmosférico) sería de mucha ayuda.

4. Debido a la abundante presencia de vegetación, se podría tratar de detectar la señal espectral de las plantas, las cuales presentan una fuerte reflección en infrarrojo, posiblemente como una defensa contra la degradación de la clorofila (responsable de la fotosíntesis). Nuestra atmósfera ha debido mostrar dicha señal desde hace por lo menos 2 mil millones de años (desde la Época 3).

5. Ningún proceso geológico conocido produce la acumulación de grandes cantidades de oxígeno, por lo que su detección (en forma de ozono) a partir de la Época 3 sería un fuerte indicador de vida extraterrestre.

6. La detección de agua líquida, sumada a la presencia de otros indicadores (tales como el metano y el oxígeno), daría casi un 100% de certeza de que hay vida en otros lugares distintos a la Tierra.

7. La detección de clorofluorocarbonos sería sin duda un poderoso indicador de la presencia de seres vivos, con la capacidad tecnológica suficiente para modificar significativamente su entorno global. Sin embargo, la detección de tales sustancias no parece posible en un futuro cercano.

Información adicional

1. Astronomers Reveal First Alien I.D. Chart

2. El origen del oxígeno en la atmósfera de la Tierra

3. Kasting, JF, Siefert, JL Life and the Evolution of Earth's Atmosphere Science 10 May 2002: Vol. 296. no. 5570, pp. 1066 - 1068

4. Kaltenegger, L., Traub, W.A., Jucks, K.W. SPECTRAL EVOLUTION OF AN EARTH-LIKE PLANET Astrophysics, abstract astro-ph/0609398

5. Sagan, C. et al A search for life on Earth from the Galileo spacecraft Nature 365, 715 - 721 (21 October 1993);

Imágenes cortesía:
NASA/JPL/Space Science Institute
NASA/TPF
David A. Aguilar (CfA)
ESA

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