En la película "Avatar", podríamos decir de un vistazo que la luna alienígena Pandora estaba repleta de vida alienígena. Hay 50 millones de organismos bacterianos en un solo gramo de suelo, y la biomasa bacteriana mundial supera la de todas las plantas y animales. Los microbios pueden crecer en ambientes extremos de temperatura, salinidad, acidez, radiación y presión. La forma más probable en la que encontraremos vida en otras partes de nuestro sistema solar es microbiana.
Los astrobiólogos necesitan estrategias para inferir la presencia de vida microbiana alienígena o sus restos fosilizados. Necesitan estrategias para inferir la presencia de vida extraterrestre en los planetas distantes de otras estrellas, que están demasiado lejos para explorar con naves espaciales en el futuro previsible. Para hacer estas cosas, anhelan una definición de vida que permita distinguir de manera confiable la vida de la no vida.
Desafortunadamente, como vimos en la primera entrega de esta serie, a pesar del enorme crecimiento en nuestro conocimiento de los seres vivos, los filósofos y los científicos no han podido producir tal definición. Los astrobiólogos se llevan lo mejor que pueden con definiciones que son parciales y que tienen excepciones. Su búsqueda está orientada a las características de la vida en la Tierra, la única vida que conocemos actualmente.
En la primera entrega, vimos cómo la composición de la vida terrestre influye en la búsqueda de vida extraterrestre. Los astrobiólogos buscan entornos que alguna vez contuvieron o que actualmente contienen agua líquida, y que contienen moléculas complejas basadas en carbono. Sin embargo, muchos científicos consideran que las características esenciales de la vida tienen que ver con sus capacidades en lugar de su composición.
En 1994, un comité de la NASA adoptó una definición de vida como un "sistema químico autosuficiente capaz de la evolución darwiniana", basado en una sugerencia de Carl Sagan. Esta definición contiene dos características, metabolismo y evolución, que normalmente se mencionan en las definiciones de la vida.
El metabolismo es el conjunto de procesos químicos mediante los cuales los seres vivos utilizan activamente la energía para mantenerse, crecer y desarrollarse. Según la segunda ley de la termodinámica, un sistema que no interactúa con su entorno externo se volverá más desorganizado y uniforme con el tiempo. Los seres vivos construyen y mantienen su estado improbable y altamente organizado porque aprovechan las fuentes de energía en su entorno externo para impulsar su metabolismo.
Las plantas y algunas bacterias usan la energía de la luz solar para fabricar moléculas orgánicas más grandes a partir de subunidades más simples. Estas moléculas almacenan energía química que luego puede ser extraída por otras reacciones químicas para impulsar su metabolismo. Los animales y algunas bacterias consumen plantas u otros animales como alimento. Descomponen las moléculas orgánicas complejas de sus alimentos en otras más simples, para extraer su energía química almacenada. Algunas bacterias pueden usar la energía contenida en productos químicos derivados de fuentes no vivas en el proceso de quimiosíntesis.
En un artículo de 2014 en Astrobiología, Lucas John Mix, biólogo evolutivo de Harvard, se refirió a la definición metabólica de la vida como Haldane Life después del pionero fisiólogo J. B. S. Haldane. La definición de la vida de Haldane tiene sus problemas. Los tornados y vorticías como la Gran Mancha Roja de Júpiter usan energía ambiental para mantener su estructura ordenada, pero no están vivos. El fuego utiliza la energía de su entorno para sostenerse y crecer, pero tampoco está vivo.
A pesar de sus deficiencias, los astrobiólogos han utilizado la definición de Haldane para diseñar experimentos. Los aterrizadores de Viking Mars hicieron el único intento hasta el momento de probar directamente la vida extraterrestre, detectando las supuestas actividades metabólicas de los microbios marcianos. Asumieron que el metabolismo marciano es químicamente similar a su contraparte terrestre.
Un experimento buscó detectar la descomposición metabólica de los nutrientes en moléculas más simples para extraer su energía. Un segundo tuvo como objetivo detectar el oxígeno como un producto de desecho de la fotosíntesis. Un tercero intentó mostrar la fabricación de moléculas orgánicas complejas a partir de subunidades más simples, lo que también ocurre durante la fotosíntesis. Los tres experimentos parecieron dar resultados positivos, pero muchos investigadores creen que los hallazgos detallados pueden explicarse sin biología, mediante agentes oxidantes químicos en el suelo.
Algunos de los resultados de Viking siguen siendo controvertidos hasta el día de hoy. En ese momento, muchos investigadores consideraron que el hecho de no encontrar materiales orgánicos en el suelo marciano descartó una interpretación biológica de los resultados metabólicos. El hallazgo más reciente de que el suelo marciano en realidad contiene moléculas orgánicas que podrían haber sido destruidas por los percloratos durante el análisis de Viking, y que el agua líquida que alguna vez fue abundante en la superficie de Marte le da nueva credibilidad a la afirmación de que Viking pudo haber logrado detectar vida. Sin embargo, por sí mismos, los resultados de Viking no probaron que la vida existe en Marte ni lo descartaron.
Las actividades metabólicas de la vida también pueden dejar su huella en la composición de las atmósferas planetarias. En 2003, la nave espacial europea Mars Express detectó rastros de metano en la atmósfera marciana. En diciembre de 2014, un equipo de científicos de la NASA informó que el rover Curiosity Mars había confirmado este hallazgo al detectar metano atmosférico en la superficie marciana.
La mayor parte del metano en la atmósfera de la Tierra es liberado por organismos vivos o sus restos. Los ecosistemas bacterianos subterráneos que usan la quimiosíntesis como fuente de energía son comunes y producen metano como un producto de desecho metabólico. Desafortunadamente, también hay procesos geoquímicos no biológicos que pueden producir metano. Entonces, una vez más, el metano marciano es frustrantemente ambiguo como un signo de vida.
Los planetas extrasolares que orbitan alrededor de otras estrellas están demasiado lejos para visitarlos en el futuro previsible. Los astrobiólogos todavía esperan usar la definición de Haldane para buscar vida en ellos. Con los telescopios espaciales del futuro cercano, los astrónomos esperan aprender la composición de las atmósferas de estos planetas analizando el espectro de longitudes de onda de luz reflejadas o transmitidas por sus atmósferas. El telescopio espacial James Webb programado para su lanzamiento en 2018 será el primero en ser útil en este proyecto. Los astrobiólogos quieren buscar biomarcadores atmosféricos; gases que son productos de desecho metabólico de organismos vivos.
Una vez más, esta búsqueda está guiada por el único ejemplo de un planeta con vida que tenemos actualmente; Tierra. Alrededor del 21% de la atmósfera de nuestro planeta es oxígeno. Esto es sorprendente porque el oxígeno es un gas altamente reactivo que tiende a entrar en combinaciones químicas con otras sustancias. El oxígeno libre debería desaparecer rápidamente de nuestro aire. Permanece presente porque la pérdida se reemplaza constantemente por plantas y bacterias que la liberan como un producto de desecho metabólico de la fotosíntesis.
Los rastros de metano están presentes en la atmósfera de la Tierra debido a las bacterias quimiosintéticas. Como el metano y el oxígeno reaccionan entre sí, ninguno de los dos permanecería por mucho tiempo a menos que los organismos vivos repongan constantemente el suministro. La atmósfera de la Tierra también contiene trazas de otros gases que son subproductos metabólicos.
En general, los seres vivos usan energía para mantener la atmósfera de la Tierra en un estado alejado del equilibrio termodinámico que alcanzaría sin vida. Los astrobiólogos sospecharían de cualquier planeta con una atmósfera en un estado similar de albergar vida. Pero, en cuanto a los otros casos, sería difícil descartar por completo las posibilidades no biológicas.
Además del metabolismo, el comité de la NASA identificó la evolución como una habilidad fundamental de los seres vivos. Para que ocurra un proceso evolutivo debe haber un grupo de sistemas, donde cada uno es capaz de reproducirse de manera confiable. A pesar de la fiabilidad general de la reproducción, también debe haber errores ocasionales de copia aleatoria en el proceso reproductivo para que los sistemas tengan rasgos diferentes. Finalmente, los sistemas deben diferir en su capacidad para sobrevivir y reproducirse en función de los beneficios o responsabilidades de sus rasgos distintivos en su entorno. Cuando este proceso se repite una y otra vez a lo largo de las generaciones, los rasgos de los sistemas se adaptarán mejor a su entorno. Rasgos muy complejos a veces pueden evolucionar paso a paso.
Mix lo llamó el La vida de Darwin definición, después del naturalista del siglo XIX Charles Darwin, quien formuló la teoría de la evolución. Al igual que la definición de Haldane, la definición de vida de Darwin tiene importantes deficiencias. Tiene problemas para incluir todo lo que podríamos considerar vivo. Las mulas, por ejemplo, no pueden reproducirse y, por lo tanto, según esta definición, no cuentan como vivas.
A pesar de tales deficiencias, la definición de vida de Darwin es de importancia crítica, tanto para los científicos que estudian el origen de la vida como para los astrobiólogos. La versión moderna de la teoría de Darwin puede explicar cómo las formas de vida diversas y complejas pueden evolucionar a partir de alguna forma simple inicial. Se necesita una teoría del origen de la vida para explicar cómo la forma simple inicial adquirió la capacidad de evolucionar en primer lugar.
Los sistemas químicos o las formas de vida que se encuentran en otros planetas o lunas en nuestro sistema solar podrían ser tan simples que están cerca del límite entre la vida y la no vida que establece la definición de Darwin. La definición podría resultar vital para los astrobiólogos que intentan decidir si un sistema químico que han encontrado realmente califica como una forma de vida. Los biólogos aún no saben cómo se originó la vida. Si los astrobiólogos pueden encontrar sistemas cerca del límite de Darwin, sus hallazgos pueden ser de vital importancia para comprender el origen de la vida.
¿Pueden los astrobiólogos usar la definición de Darwin para encontrar y estudiar vida extraterrestre? Es poco probable que una nave espacial visitante pueda detectar el proceso de evolución en sí mismo. Pero, podría ser capaz de detectar las estructuras moleculares que los organismos vivos necesitan para participar en un proceso evolutivo. El filósofo Mark Bedau ha propuesto que un sistema mínimo capaz de experimentar evolución debería tener tres cosas: 1) un proceso metabólico químico, 2) un recipiente, como una membrana celular, para establecer los límites del sistema, y 3) un químico "Programa" capaz de dirigir las actividades metabólicas.
Aquí en la Tierra, el programa químico se basa en la molécula genética del ADN. Muchos teóricos del origen de la vida piensan que la molécula genética de las primeras formas de vida terrestre puede haber sido la molécula más simple de ácido ribonucleico (ARN). El programa genético es importante para un proceso evolutivo porque hace que el proceso de copia reproductiva sea estable, con solo errores ocasionales.
Tanto el ADN como el ARN son biopolímeros; moléculas largas en cadena con muchas subunidades repetitivas. La secuencia específica de las subunidades de base de nucleótidos en estas moléculas codifica la información genética que transportan. Para que la molécula pueda codificar todas las secuencias posibles de información genética, debe ser posible que las subunidades ocurran en cualquier orden.
Steven Benner, un investigador de genómica computacional, cree que podemos desarrollar experimentos con naves espaciales para detectar biopolímeros genéticos extraños. Señala que el ADN y el ARN son biopolímeros muy inusuales porque cambiar la secuencia en la que se producen sus subunidades no cambia sus propiedades químicas. Es esta propiedad inusual la que permite que estas moléculas sean portadores estables de cualquier posible secuencia de código genético.
El ADN y el ARN son ambos polielectrolitos; moléculas con áreas de carga eléctrica negativa que se repiten regularmente. Benner cree que esto es lo que explica su notable estabilidad. Él piensa que cualquier biopolímero genético alienígena también necesitaría ser un polielectrolito, y que podrían idearse pruebas químicas mediante las cuales una nave espacial pudiera detectar tales moléculas de polielectrolito. Encontrar la contraparte alienígena del ADN es una perspectiva muy emocionante, y otra pieza del rompecabezas de identificar la vida extraterrestre.
En 1996, el presidente Clinton hizo un anuncio dramático sobre el posible descubrimiento de la vida en Marte. El discurso de Clinton fue motivado por los hallazgos del equipo de David McKay con el meteorito Alan Hills. De hecho, los hallazgos de McKay resultaron ser solo una pieza del gran rompecabezas de la posible vida marciana. A menos que un alienígena pase algún día frente a nuestras cámaras de espera, es poco probable que la cuestión de si existe vida extraterrestre se resuelva con un solo experimento o con un avance repentino y dramático. Los filósofos y los científicos no tienen una definición única y segura de la vida. Por lo tanto, los astrobiólogos no tienen una sola prueba segura que resuelva el problema. Si existen formas simples de vida en Marte, o en cualquier otra parte del sistema solar, ahora parece probable que ese hecho surja gradualmente, en base a muchas líneas de evidencia convergentes. Realmente no sabremos lo que estamos buscando hasta que lo encontremos.
Referencias y lecturas adicionales:
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¿Los aterrizadores de Viking Mars encontraron los bloques de construcción de la vida? La pieza que falta inspira una nueva mirada al rompecabezas. Science Daily Featured Research 5 de septiembre de 2010
El rover de la NASA encuentra química orgánica activa y antigua en Marte, laboratorio de propulsión a chorro, Instituto de Tecnología de California, Noticias, 16 de diciembre de 2014.
