Para la mayoría de las especies de vida del universo, el oxígeno puede ser un veneno mortal. Pero, curiosamente, esto puede simplificar significativamente la búsqueda de una vida así para los astrobiólogos. Imagina que estás entrando en una máquina del tiempo que no solo puede viajar durante miles de millones de años, sino que también puede superar los objetivos de luz en el espacio exterior, todo para encontrar vida en el universo. ¿Cómo iniciarías tu búsqueda? Las recomendaciones de los científicos pueden sorprenderte.
Al principio, podría pensar que la vida puede ser como la vida familiar en la tierra: hierba, árboles, animales retozando en un abrevadero bajo el cielo azul y el sol amarillo. Pero esta es la línea de pensamiento equivocada. Los astrónomos que censuran los planetas de la Vía Láctea tienden a creer que la mayor parte de la vida en el universo existe en mundos que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas, que son más pequeñas pero más numerosas que estrellas como nuestro Sol. En parte debido a esta abundancia, los astrónomos tienen que estudiarlos con gran diligencia. Tomemos, por ejemplo, la enana roja TRAPPIST-1, que está a solo 40 años luz de distancia. En 2017, los astrónomos descubrieron que al menos siete planetas similares a la Tierra giran a su alrededor. Muchos observatorios nuevos, dirigidos por una estrella de la NASA,con el Telescopio Espacial James Webb - a partir de 2019 y podrá conocer mejor los planetas del sistema TRAPPIST-1, así como muchos otros planetas cercanos a enanas rojas en busca de vida.
Mientras tanto, nadie sabe con certeza qué encontrará al visitar uno de estos extraños mundos en su máquina espacio-temporal, pero si el planeta se parece a la Tierra, es muy probable que encuentre microbios, y no una megafauna atractiva. El estudio, publicado el 24 de enero en Science Advances, demuestra lo que este curioso hecho podría significar para la búsqueda de extraterrestres. Uno de los autores del trabajo, David Cutling, químico atmosférico de la Universidad de Washington en Seattle, está escudriñando la historia de nuestro planeta para desarrollar una nueva receta para la búsqueda de vida unicelular en mundos distantes en un futuro próximo.
La mayor parte de la vida en la Tierra hoy en día es microbiana, y una lectura cuidadosa de los datos geoquímicos y fósiles del planeta muestra que siempre ha sido así. Los organismos como los animales y las plantas, y el oxígeno que estas plantas producen para respirar en los animales, son fenómenos relativamente nuevos que han surgido durante los últimos 500 millones de años. Antes de eso, de los cuatro mil millones de años de historia de la Tierra, nuestro planeta pasó los primeros dos mil millones de años en el papel de un "mundo fangoso" bajo el control de microbios que se alimentan de metano, para el cual el oxígeno no era un gas que da vida, sino un veneno mortal. El desarrollo de cianobacterias fotosintéticas determinó el destino de los próximos dos mil millones de años, y los microbios "metanogénicos" fueron conducidos a lugares oscuros donde el oxígeno no podía llegar: cuevas subterráneas, pantanos profundos y otros territorios sombríos en los que aún viven. Las cianobacterias gradualmente ecologizaron nuestro planeta, lentamente llenaron su atmósfera de oxígeno y sentaron las bases del mundo moderno. Si visitara nuestro planeta en su máquina del tiempo todos estos años, nueve de cada diez veces encontraría solo vida de algas unicelulares y también correría el riesgo de asfixiarse en aire pobre en oxígeno.
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Esto plantea un desafío para los científicos que esperan usar el telescopio James Webb (en lugar de una máquina del tiempo) para buscar otros mundos de vida. Las moléculas en la atmósfera de un planeta pueden absorber la luz transmitida por las estrellas, lo que da como resultado impresiones de luz que los astrónomos pueden detectar. La abundancia de oxígeno en la atmósfera del planeta es uno de los indicadores más obvios de posible vida, porque no es muy fácil crearla sin biología. Según los astrobiólogos, este gas altamente reactivo puede ser una “firma biológica” porque en concentraciones elevadas “se desequilibra” con el medio ambiente. El oxígeno, por regla general, cae del aire en forma de óxido y otras oxidaciones en los metales, y no permanece en estado gaseoso, por lo que si hay mucho, algo, tal vez la vida de fotosíntesis, debe reponerlo constantemente. Pero si tomamos nuestro planeta como ejemplo, los astrobiólogos admiten que el oxígeno puede ser lo último que encuentran: la genética dice que la fotosíntesis compleja como un proceso de producción de oxígeno fue inventada por las cianobacterias como una innovación evolutiva inusual que se encontró solo una vez en la larga historia de la Tierra. biosfera. En consecuencia, cualquier cazador de vida en otros planetas verá a través de la lente de un telescopio, muy probablemente, un planeta sin oxígeno. ¿Qué otras biofirmas puede buscar un cazador?cualquier cazador de vida en otros planetas verá a través de la lente de un telescopio, muy probablemente un planeta sin oxígeno. ¿Qué otras biofirmas puede buscar un cazador?cualquier cazador de vida en otros planetas verá a través de la lente de un telescopio, muy probablemente un planeta sin oxígeno. ¿Qué otras biofirmas puede buscar un cazador?
Actualmente, la mejor forma de encontrar la respuesta es volver a nuestra máquina del tiempo. Solo que esta vez será un modelo de computadora virtual que se sumerge en las inaccesibles profundidades del pasado anóxico de la Tierra (o el mundo alienígena actual), explorando la posible química de los gases en la atmósfera y el océano que podrían tener lugar. Al utilizar datos de rocas antiguas y otros modelos para seleccionar las mejores suposiciones sobre la química del medio ambiente de la Tierra hace tres mil millones de años, una computadora puede ver desequilibrios obvios, posibles firmas biológicas. De hecho, esto es lo que hizo Cutling, trabajando con Joshua Chrissansen-Totton y Stephanie Olson de la Universidad de California, Riverside.
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Su "máquina del tiempo" es una aproximación numérica de un enorme volumen de aire atrapado en una gran caja transparente con un océano abierto en la base de la caja; la computadora simplemente calcula cómo los gases en la caja reaccionarán y se mezclarán con el tiempo. En última instancia, los gases que interactúan consumen toda la "energía libre" en la caja y alcanzan el equilibrio, cuando la reacción requiere energía adicional del exterior, como si la soda se hubiera agotado. Al comparar un cóctel de gases agotados con la mezcla revitalizada originalmente encerrada en la caja, los científicos pueden calcular exactamente cómo y cuándo la atmósfera del mundo estaba en equilibrio. Este enfoque podría reproducir el ejemplo más obvio de desequilibrio atmosférico que tiene nuestro planeta: la presencia de oxígeno y trazas de metano. Espectáculos de química simpleque estos gases no deberían coexistir por mucho tiempo, pero coexisten en la Tierra, lo que deja claro que algo en nuestro planeta respira y vive. Pero para una Tierra antigua sin oxígeno, el modelo exhibiría un comportamiento completamente diferente.
"Nuestra investigación proporciona una respuesta" a la pregunta de cómo encontrar vida anóxica en un planeta similar a la Tierra, dice Cutling. La mayor parte de la vida es simple, como los microbios, y la mayoría de los planetas aún no han alcanzado la etapa de atmósferas ricas en oxígeno. La combinación de dióxido de carbono y metano relativamente abundantes (en ausencia de monóxido de carbono) es la firma biológica de tal mundo.
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Chrissansen-Totton explica con más detalle: “La presencia de metano y dióxido de carbono al mismo tiempo es inusual, porque el dióxido de carbono es el estado más oxidado del carbono, y el metano (que consta de un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno) es lo opuesto. Es muy difícil producir estas dos formas extremas de oxidación en la atmósfera al mismo tiempo en ausencia de vida . Un planeta sólido con un océano y más del 0,1% de metano en la atmósfera debería considerarse un planeta potencialmente habitable, dicen los científicos. Y si el metano atmosférico alcanza un nivel del 1% o más, entonces, en este caso, el planeta no será “potencialmente”, sino “muy probablemente” habitable.
Jim Casting, químico atmosférico de la Universidad de Pensilvania, dice que estos resultados están "en el camino correcto", aunque "la idea de que el metano podría ser una firma biológica en una atmósfera de anóxido es relativamente antigua".
Además, Cutling y sus coautores descubrieron cómo debería manifestarse su firma de metano y cómo distinguirla de las fuentes no vivas. Según su modelo, el metano en la atmósfera de un planeta anóxico de tipo terrestre normalmente debería reaccionar con el dióxido de carbono, que todavía está en el aire, mezclarse con nitrógeno y vapor de agua y llover como un compuesto pesado. Cálculos adicionales mostraron que ninguna fuente abiótica (es decir, no viva) de metano en un planeta sólido podrá producir suficiente gas para interferir con este proceso, ya sea contaminación de gas volcánico, reacciones químicas en respiraderos de aguas profundas e incluso caídas de asteroides. Solo una población viva de bacterias que comen metano puede explicar el gas. Más importante aún, incluso si las fuentes abióticas proporcionan suficiente metano,casi inevitablemente producirán mucho monóxido de carbono, un gas que es venenoso para los animales pero amado por muchos microbios. Juntos, el metano y el dióxido de carbono, en ausencia de monóxido de carbono, en un planeta sólido con océano bien podrían interpretarse como un signo de vida independiente del oxígeno.
Ésta es una buena noticia para los astrónomos. El telescopio James Webb tendrá dificultades para detectar directamente la presencia de oxígeno en cualquier planeta potencialmente habitable que vea en su misión. Así como sus ojos pueden distinguir la luz visible, pero no pueden ver la radio o los rayos X, la visión de Webb está sintonizada con el espectro infrarrojo, una parte del espectro que es ideal para estudiar estrellas y galaxias antiguas, pero que no se adapta bien a las líneas de absorción de oxígeno, donde se encuentran dispersas y raras. … Algunos científicos temen que la búsqueda de vida deba posponerse hasta que se disponga de otros telescopios más capaces. Pero mientras Webb no puede ver el oxígeno con facilidad, sus ojos infrarrojos pueden ver perfectamente los signos de vida sin oxígeno. El telescopio es capaz de detectar metano simultáneamente,dióxido de carbono y monóxido de carbono en las atmósferas de algunos planetas cerca de estrellas enanas rojas. Por ejemplo, en el sistema TRAPPIST-1.
Sin embargo, es poco probable que Webb domine la parte más importante de los criterios de Cutling (determinar la cantidad relativa de cada gas) y no puede comprender, por ejemplo, si los volcanes o los microbios que se tiran pedos producen metano en un planeta determinado. Es poco probable que Webb encuentre una biosfera de anóxido en cualquier planeta bajo un sol rojo.
Otra cosa es importante. Es más importante buscar la vida que el oxígeno.
Ilya Khel
