El
proceso de la vida en la Tierra
El proceso de la vida en la Tierra no debe ser muy diferente al proceso de la vida en el Universo. Sin embargo, vamos a hacer mayor énfasis en los aspectos inherentes al surgimiento de la vida en el planeta Tierra, aunque en líneas generales, hay circunstancias que presentan cierto paralelismo.
El origen de la vida en la Tierra sigue siendo uno de los problemas fundamentales en la ciencia a los que no se le ha encontrado solución. En su búsqueda se entrelazan dos grandes disciplinas del conocimiento humano: la biología y la ciencia planetaria.
El
surgimiento de la vida en la Tierra puede tener dos vías:
1.
Se produjo en ella por procesos no biológicos (Endogénesis).
2.
Fue portada de otros lugares o planetas (Exogénesis).
La
mayoría de los científicos está a favor de la primera opción (endogénesis).
La exogénesis, aunque ha captado la atención de algunos, aún no posee
aceptación entre una gran cantidad de ellos.
Una
explicación a grandes rasgos de ambas se presenta a continuación:
Endogénesis.
La
endogénesis plantea la posibilidad del surgimiento de la vida en la
Tierra, por procesos no biológicos.
De
una composición fundamental de la atmósfera (básicamente hidrógeno),
la luz ultravioleta del Sol y las descargas eléctricas (rayos),
produjeron la descomposición de las moléculas.
La recombinación de estas en los océanos, aunados a una continua descomposición molecular, produjo de manera espontánea y aleatoria, moléculas capaces de autocopiarse (replicarse), utilizando para ello como bloques fundamentales, otras moléculas de la llamada “sopa originaria”.
En
1950, Stanley Miller y Harold
Urey, reprodujeron en un laboratorio, el surgimiento de moléculas
orgánicas a partir del bombardeo mediante electricidad, de gases y
compuestos presentes en la atmósfera primitiva de la Tierra, como
metano, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y agua.
Exogénesis.
La
idea de la diáspora de la vida fue denominada panspermia por el
químico sueco Svante Arrhenius
(1859-1927) en 1903. Esta idea fue secundada por el astrofísico
inglés Fred Hoyle quien en su
trabajo “Astrochemistry, Organic molecules and the origin of
life” (Astroquímica, moléculas orgánicas y el origen de la
vida) en 1978, planteó la posibilidad que la vida fuese
transportada en el Universo por los cometas.
Algunas
consideraciones y descubrimientos.
La
historia de la vida en la Tierra se extiende desde hace unos 3.800
millones de años, justo después del intenso bombardeo de
las ultimas piezas de residuos interplanetarios que terminaron de formar
a la Tierra. Antes
de esta fecha, los masivos y constantes impactos, hicieron del planeta
un lugar muy caliente e inhóspito para el surgimiento de la vida.
Cuando
disminuyeron sensiblemente las grandes caídas, distanciándose miles y
hasta millones de años, las grandes emisiones de gases, producto del
intenso calor reinante, terminaron por saturar la atmósfera y preparar
las condiciones para las primeras lluvias. Una de esas moléculas
expelidas en forma de gas fue la del agua. Cómo un componente
importante de los núcleos cometarios son las moléculas de vapor de
agua, estas pudieron ser transportadas a la Tierra por los cometas.
Al
caer las primeras lluvias, el agua suministró el caldo de cultivo de
donde surgiría la vida. Y la vida floreció con extremada rapidez. Los
primeros fósiles conocidos datan de hace 3.500
millones de años, apenas 300 millones de años después del
último bombardeo.
De
los primeros organismos unicelulares procariotas
anaeróbicos (bacterias) surgen los procariotas
aeróbicos (que consumen oxígeno) y los procariotas
multicelulares (algas verde azuladas). Posteriormente
aparecen los organismos eucariotas
(seres vivos multicelulares), hasta llegar a toda biodiversidad
existente en la actualidad.
Una
descripción más detallada de este proceso se encuentra en la sección Historia
Geológica de la Tierra.
El
geoquímico alemán Manfred Schidlowski
sostiene que la vida ya estaba presente en la Tierra hace 3.800
millones de años. Schidlowski
afirma que extrae esa conclusión debido a los patrones observados por
los isótopos de carbón en rocas sedimentarias. Al existir actividad
biológica, estos isótopos asumen patrones determinados, que han sido
identificados en rocas surgidas casi al mismo momento en que terminó el
proceso de formación de la Tierra como planeta.
Mayo
Grenberg
(Universidad de Leiden) y Richard Davies
(Universidad de Pennsilvania) han hecho serias consideraciones sobre
como los organismos pueden sobrevivir el transporte a través del medio
espacial. Si bien no resuelven el problema del origen de la vida, puede
ser una explicación del origen en la Tierra de la misma.
La razón principal que lleva a los científicos a considerar el origen extraterrestre de la vida es su rápido surgimiento, después de la constitución de la Tierra como planeta. La “sopa primordial” de donde comenzaría a surgir la vida, tiene muy poco tiempo, según los últimos descubrimientos científicos.
Estas
y otras razones hacen sospechar que los cometas son los portadores de la
vida en la Tierra y en el Universo. Espectroscopia realizada sobre los
cometas Halley (1986), Hyakutake
(1996) y Hale-Bopp (1997), ha
revelado que el núcleo cometario es rico en materiales orgánicos.
Los
científicos partidarios de la Exogénesis,
también se han dedicado a analizar el polvo interestelar. Entre los
cometas y el polvo interestelar, es este último
el que posee la mayoría de los compuestos orgánicos. Cada partícula
de polvo interestelar posee tres capas: un núcleo mineral, un manto de
compuestos orgánicos y una cubierta de hielo. En este sentido es
importante resaltar la detección en 1963 de hidróxilo
(hydroxyl) en el medio interestelar. El hidróxilo
es un radical compuesto por un átomo de oxígeno y uno de hidrógeno.
Hasta el momento se han logrado detectar más de 50 moléculas y
compuestos orgánicos en el medio interestelar, siendo los más notables
la glicina (1994), ácido
acético (1996), glicolaldehido (molécula
de azúcar, en el 2000), sal y
glicol etileno en el 2002.
Una
interrogante que asalta a los investigadores es: Si los complejos orgánicos
pueden sobrevivir al medio interestelar, ¿Por qué no los
microorganismos? Jay Melosh científico
planetario de la Universidad de Arizona, ha teorizado que la vida ha
podido eyectarse de los planetas por los impactos de asteroides y
meteoritos. El descubrimiento del meteorito marciano ALH84001
en nuestro planeta, es una prueba de la migración que podría ocurrir
entre los planetas.
Si los cometas han sido los vehículos de transporte utilizado por la vida para desplazarse en el Universo, no necesariamente tienen que ser cuerpos confortables para los microorganismos. Ellos pueden subsistir en esporas o en hibernación. De hecho las condiciones de vacío y frío reinantes en la superficie de los cometas son las condiciones que utilizan los científicos para almacenar bacterias (liofilización).
Algunos
microorganismos pueden resistir intensos rayos cósmicos por millones de
años. Organismos alojados en la superficie del objeto (cometa, polvo cósmico)
pueden acumular dosis letales de radiación, pero los situados en su
interior, no. Mientras que una dosis de 1.000
Rad. es suficiente para
matar a un ser humano, microorganismos pueden soportar altas dosis sin
que se dañe su ADN. Las dosis de esterilización experimental inyectan
entre 2 a 3 millones de Rad. Esto es lo que recibiría un microorganismo
expuesto al medio interestelar por 10 millones de años.
Raúl
Cano
y Mónica Borucki, biólogos
moleculares (Universidad Politécnica del Estado de California) han
reportado que una bacteria preservada en ámbar por 25 millones de años,
logró ser revivida. David Gilichinski
(Academia de Ciencias de Rusia) y otros científicos rusos han
encontrado (y reanimado) organismos incrustados en el permafrost
siberiano, después de períodos de 3 millones de años y temperaturas
de –10ºC. Otros científicos han especulado que bacterias podrían
sobrevivir en sal hasta por 200 millones de años.
Todas
las teorías del surgimiento de la vida a partir de materia inanimada,
plantean al agua como vehículo ambiental. Ciertas algas pueden crecer
en bancos de hielo. Pero sólo lo hacen cuando el hielo, actuando como
una esponja, ha retenido
cerca del 50% de agua. Otros organismos crecen al margen de los
casquetes polares, sobre la superficie de los glaciares, pero sólo en
pequeñas piscinas de agua.
En los cometas existe mucho frío para que exista agua líquida. Pero al comienzo del Sistema Solar, muchos cometas pudieron unir el suficiente material radiactivo para calentar sus núcleos y producir agua líquida. Unos de los principales generadores de calor pudo ser el aluminio 26, que tiene un tiempo de vida promedio de un millón de años.
El calor generado pudo producir un núcleo líquido de varios kilómetros de tamaño. Las simulaciones por computadora fijaron que estos núcleos líquidos podrían permanecer así entre 10 millones hasta 1.000 millones de años, dependiendo de las capas exteriores del cometa. Las últimas simulaciones son algo ambiguas y no se puede concluir sobre lo que pasaría en estos cuerpos.
De
ahí la importancia de las misiones Rosetta
(ESA) y Stardust (NASA), después
de fracasada la misión CONTOUR (Comet
Nucleus Tour). La misión Rosetta
fue lanzada el 2 de marzo del 2004 y alcanzará al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko
en 2014; inicialmente estaba
programada para encontrarse con el cometa Wirtanen,
pero retrasos en su lanzamiento hicieron perder la ventana de
lanzamiento, siendo reprogramada para el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
La sonda
Stardust se aproximó el 2
de Enero del 2004 a menos de 200 km del cometa Wild 2,
logrando extraordinarias imágenes del núcleo cometario y recolectando
muestras de su cola en una gel especial. La sonda CONTOUR,
lanzada en julio del 2002, tenía
previsto encontrarse con los cometas Encke
en noviembre de 2003, Schwassmann-Wachmann-3
en junio de 2006 y d'Arrest
en 2008, pero no pudo ser colocada en la órbita de transferencia
deseada.
Dependiendo
de los mecanismos desarrollados en el seno del cometa, la vida puede
tener tres orígenes:
Fototrópica: proveniente de la luz.
Heterotrópica:
proveniente de acción directa de los organismos.
Quimotrópica:
proveniente de reacciones químicas inorgánicas.
En
principio, heterótropos y quimótropos
podrían evolucionar dentro de los núcleos cometarios. Ahí encontrarían
agua líquida y material orgánico para proporcionar los bloques básicos
para la constitución de la vida de las primeras células, así como su
comida si fuera heterótropo o los
químicos como el hidrógeno y el anhídrido carbónico, que utilizaría
si fuera quimótropo.
Las
corrientes convectivas impulsadas por la expulsión de calor revolverían
esta sopa primordial. Incluso se ha sugerido que los granos minerales de
cometas serían excelentes sitios para las formas tempranas de vida
basadas en la química inorgánica. Dado lo poco que sabemos del origen
de la vida en la Tierra, la mayoría de nuestras teorías pueden
aplicarse al centro líquido de cometas
Si
la vida se origina de manera individual en los cometas, se podría dar
el caso de una vida diferente dentro de cada uno. ¿Se puede conciliar
esto con la observación de un solo tipo de vida en la Tierra? Toda la
vida terrestre es bioquímicamente idéntica;
todos los organismos usan el mismo código genético de ADN y los mismos
20 aminoácidos para construir las proteínas. Parece improbable que esa
vida se haya originado exactamente de la misma manera en todos los
cometas.
Podría
ser que los organismos en el planeta son todos descendientes de las
formas de vida del primer cometa, que con éxito infectó la Tierra estéril.
Si algunas formas de vida llegaron rezagadas en cometas subsecuentes,
pueden haber tenido esfuerzos infructuosos para encontrar nichos entre
los residentes enconchados. Con esta secuencia, la vida en la Tierra sería
distinta de la vida en cualquier cometa en particular.
Por
otro lado, si los cometas fueran meramente vehículos que traen la vida
de fuera del Sistema Solar, entonces toda la vida en todos los cometas
sería la misma e igual a la vida en la Tierra. De ser así, esta
circunstancia sería una ayuda y un estorbo para los científicos que
realizan la búsqueda de vida en los cometas: una ayuda porque se sabría
de una manera clara lo que se busca, pero un estorbo porque sería muy
difícil evitar la contaminación por microbios terrestres similares.
Claro,
la idea que la vida se levantó en los cometas es especulativa. Más
cierto es el papel menos directo que los cometas probablemente jugaron
en el origen de vida en la Tierra - no trayendo la vida, pero si los
compuestos orgánicos (agua y otros materiales) de los que la vida
depende.
Muchos de los objetos que impactaron nuestro planeta durante el bombardeo primigenio, eran cometas cargados con el agua, nitrógeno, y anhídrido carbónico: precisamente los compuestos volátiles necesarios para hacer de la temprana Tierra un lugar para la vida. Mucho del material frágil orgánico en los cometas se habría destruido en el rápido y ardiente impacto con la Tierra, pero los pedazos de corteza cometaria que escaparon de la incineración, se habrían diseminado por grandes extensiones del planeta y el espacio, con partículas ricas en compuestos orgánicos. Incluso hoy, estas partículas son colectadas por la Tierra y debido a su tamaño pequeño, no se funden o se evaporan completamente en la entrada atmosférica.
Los
impactos de grandes cometas habrían provocado extinciones
masivas de especies. Si el cometa es muy grande podría
esterilizar la Tierra y conducirla a reiniciar los procesos que
desencadenarían de nuevo la vida en ella. De aquí podemos concluir que
los impactos cometarios han jugado un papel primordial en la evolución
del planeta y sus especies.
Cualquier
cometa que transportase agua y carbono, necesarios para la biosfera,
también trajo la vida a la Tierra desde las profundidades de nuestro
Sistema Solar.
Ahora
una pregunta que se hacen los científicos planetarios es ¿Pueden
existir las mismas posibilidades en otros sistemas planetarios? Hasta el
momento sólo existe evidencia directa de nubes de cometas
en torno a las estrellas 47 Ursae Majoris,
Beta Pictoris (gracias a la sonda
FUSE, Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) y CW
Leonis (sonda SWAS,
Submillimeter Wave Astronomy Satellite).
Otra
incertidumbre es la distribución y tamaño de los exoplanetas
(planetas fuera del Sistema Solar). Para que los cometas jueguen un
papel importante en el surgimiento de la vida en los planetas tipo
Tierra, deben haber planetas gigantes hacia el exterior del sistema
planetario, de manera que actúen como barrenderos o esparcidores de
cometas en curso de colisión con planetas más hospitalarios,
localizados más cerca a la estrella central, dónde el agua puede
permanecer en estado líquido.
El
próximo paso en la investigación de la posibilidad de vida en los
cometas será analizar sus materiales orgánicos. Una firma de vida en
la Tierra es el uso de sólo aminoácidos levógiros
(compuestos que en solución, hacen girar hacia la izquierda, el plano
de la luz polarizada) y no dextrógiro
(giro hacia la derecha). Esta selectividad, conocida como Chiralidad,
no está asociada con cualquier proceso no biológico conocido (con la
pequeña excepción de la fuerza nuclear débil, que genera un minúsculo
exceso de variedad levógira). Encontrar en los compuestos orgánicos
dentro de los cometas, esta clara chiralidad sería una
buena evidencia de nuestro origen biológico.
Finalmente,
una búsqueda completa de vida en los cometas requerirá de muestras del
material de la superficie cometaria y de sus profundidades
devueltas a la Tierra. Los análisis posteriores pueden revelar
mucho de una de las más grandes interrogantes científicas.
Material guía:
Carl
Sagan, Cosmos, Carl Sagan Productions Inc.
Christopher
McKay, Promethean Ice, Space Science Division, Ames Research
Center.