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La vida en los exoplanetas y el origen de la vida en la Tierra

Encontrar evidencia experimental de vida en planetas fuera del sistema solar tiene profundas implicaciones para comprender nuestros orígenes aquí en la Tierra.

La vida está en todas partes en la Tierra. Pobla el aire que respiramos en forma de microorganismos y se ha extendido a todos los rincones y grietas que podamos imaginar, incluidas las profundidades de la corteza oceánica de la Tierra en el fondo del mar. La vida existe desde hace unos cuatro mil millones de años (que es aproximadamente el 90% de la edad de la Tierra), y es interesante que todas las formas de vida que conocemos en la Tierra comparten los mismos principios para algunas de sus funciones básicas, lo que indica que todas las formas de vida están relacionadas y se remontan a un ancestro común universal. Sin embargo, aún no se sabe dónde, cuándo y cómo comenzó la vida. Del mismo modo, si realmente surgió solo una vez, dando lugar a un tipo de vida único y generalizado que vemos hoy, parece poco probable pero no está claro. En resumen, no entendemos el origen de la vida y no podemos decir si es una serie afortunada de eventos aleatorios que ocurren bajo circunstancias muy específicas o si es una consecuencia lógica y natural de la evolución planetaria estándar.

Esfuerzos concertados para abordar el origen de la vida

En los últimos años, muchas universidades e instituciones de investigación han iniciado un esfuerzo concertado, en forma de redes interdisciplinarias o centros de investigación, que han analizado, desde la perspectiva de las ciencias naturales, dónde nosotros (y toda la vida en la Tierra) vino de. Un ejemplo reciente es el nuevo «Centro de Origen y Propagación de la Vida» que se estableció en ETH Zúrich.1

Uno de los principales impulsores de estos centros fue darse cuenta de que investigar el origen de la vida requería un enfoque verdaderamente interdisciplinario. Una sola disciplina carece de suficiente conocimiento y experiencia, dada la complejidad del desafío. Un ejemplo estándar es la cuestión de la formación de moléculas orgánicas complejas, como el ARN y sus precursores, que son un paso vital hacia la formación de la vida: mientras que el objetivo de la química prebiótica es revelar las vías de formación, las redes de interacción y los componentes esenciales a través de los cuales se pueden formar estas moléculas, es crucial considerar las condiciones en la Tierra primitiva bajo las cuales estas interacciones pueden haber ocurrido. ¿Cuál era la temperatura y la presión de la atmósfera de la Tierra primitiva? ¿Cuál era su composición? ¿Cuál es el nivel de pH del entorno inmediato en la superficie? Los químicos generalmente no se preocupan por estas preguntas, pero son directamente relevantes si uno quiere asegurarse de que se utilicen las condiciones límite correctas para los experimentos sobre el origen de la vida.

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El papel de la astrofísica

En ETH Zurich, pero también en otros centros y redes de investigación, los astrofísicos participan activamente en actividades de investigación en las que pueden contribuir con piezas importantes del rompecabezas. Por ejemplo, hay una pregunta sobre el entorno radiactivo de la Tierra joven: ¿cuánta radiación proporcionó el sol joven y cuánta terminó en la superficie de la tierra, en lugar de estar protegida por la atmósfera? De gran importancia aquí es el alto flujo de energía proporcionado por la parte ultravioleta del espectro solar. Estos fotones son una fuente de energía única y potencialmente abundante que puede impulsar reacciones químicas que de otro modo no habrían ocurrido. Sin embargo, debido a que son tan energéticos, los fotones también pueden romper moléculas y prevenir la formación de compuestos más complejos. Además, la astrofísica juega un papel importante cuando se trata de comprender el camino de formación de los sistemas planetarios y proporcionar los componentes químicos básicos que estaban disponibles en la joven Tierra. Además de la investigación de los restos de la etapa de formación del sistema solar, como cometas y asteroides, revelar la composición (química) y las propiedades físicas de los discos estelares en formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes es una importante línea de investigación en este contexto.

© iStock / somchaisom

Más allá de lo obvio: el papel de la ciencia de los exoplanetas

Si bien estas actividades están directamente relacionadas con la cuestión del origen de la vida aquí en la Tierra, la ciencia de los exoplanetas también juega un papel importante que puede no ser evidente a primera vista. Con más de 5.0002 Los exoplanetas (planetas que orbitan estrellas distintas a nuestro sol) ya son conocidos hoy en día, y cada vez es más importante -y técnicamente factible- una caracterización profunda de estos objetos, así como el descubrimiento de más mundos fuera del sistema solar.

De hecho, una de las grandes esperanzas del Telescopio Espacial James Webb (JWST) es que puede ayudarnos a comprender si los exoplanetas terrestres pequeños de tamaños y masas similares orbitan alrededor de estrellas enanas frías de baja luminosidad, pero muy activas, capaces de retención a pesar de la fuerte producción de radiación de alta energía de las estrellas. Sin embargo, la caracterización atmosférica detallada de estos objetos, es decir, la generación de una visión general de los principales componentes de la atmósfera, probablemente estaría más allá de las capacidades de JWST. Sin embargo, este es precisamente uno de los principales objetivos a largo plazo de la ciencia de los exoplanetas: poder determinar la composición de las atmósferas de decenas de exoplanetas similares a la Tierra. La razón es que la atmósfera codifica información importante sobre el entorno planetario y, lo que es más importante en el contexto de la investigación del origen de la vida, también puede contener características espectrales que indican la presencia de una biosfera en un planeta. Por lo tanto, al poder determinar las atmósferas de los exoplanetas, tenemos la oportunidad de identificar planetas en los que podría existir vida. Por ejemplo, el oxígeno, que es producido por las plantas y las algas (es decir, la vida), constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera terrestre en la actualidad. Para un observador externo desde un punto de vista distante, deja huellas dactilares detectables en forma de las llamadas bandas de absorción atmosférica. Como tal, la detección de oxígeno en la atmósfera de un exoplaneta podría indicar la presencia de vida.

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Además del oxígeno, también hay otros gases, como el metano o el óxido nitroso, que son buenos candidatos para lo que se denomina firmas atmosféricas vitales, y varios grupos de investigación están tratando de comprender qué gases se pueden agregar a esta lista. Un aspecto crítico de este trabajo es la investigación de procesos abióticos que también podrían conducir a la acumulación de una gran cantidad de estos gases en una atmósfera planetaria que imita la señal generada por la actividad biológica. En muchos casos, la detección simultánea de pares de firmas biológicas que indican efectivamente un fuerte desequilibrio químico, como la presencia simultánea de oxígeno y metano, es la señal más sólida y confiable hasta la fecha.

Pero, ¿cómo se relaciona esto con el origen de la vida? Actualmente, el planeta Tierra es el único lugar en el universo que se sabe que alberga vida. Encontrar indicios de vida en otro planeta que orbite alrededor de otra estrella podría proporcionar la primera evidencia de que, en lugar del origen de la vida, en realidad estamos tratando con los orígenes de la vida y que la vida puede estar más extendida. Esto puede indicar que las vías y los procesos que conducen desde la materia no viva hasta las entidades vivas son robustos y de aplicación universal y no están limitados únicamente por las condiciones específicas presentes en la Tierra primitiva. Este significado sería particularmente importante si los sistemas planetarios-estelares, para los cuales se hicieron tales inferencias, fueran muy diferentes de los del Sol y la Tierra en términos de propiedades básicas como masas, temperaturas y composiciones.

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misión de vida

Es en este contexto donde se sitúa la misión de LIFE3 Ya no se ve como la próxima (u otra) misión de exoplanetas. Como se describe en una serie de artículos científicos revisados ​​por pares4,5,6,7,8LIFE podrá detectar docenas de exoplanetas similares a la Tierra alrededor de diferentes tipos de estrellas anfitrionas, caracterizar la composición de la atmósfera y buscar firmas biológicas. Por lo tanto, si se hace correctamente, el alcance de la misión de LIFE y el legado científico potencial se expande mucho más allá de la astrofísica y toca una de las preguntas más fundamentales de la humanidad. Por lo tanto, es clave unir fuerzas con otras disciplinas para ayudar a determinar qué señales atmosféricas buscar y bajo qué condiciones estas señales proporcionan una fuerte evidencia de actividad biológica. Además, será necesario desarrollar y validar marcos estadísticos completos que permitan a los investigadores identificar estas declaraciones. Y lo más importante, a medida que aumente nuestra comprensión de cómo se originó la vida en la Tierra, podremos comenzar a formular hipótesis sobre qué estrellas y qué tipos de planetas tienen más (o menos) probabilidades de encontrar indicios de un planeta extraterrestre. vida usando la vida como la conocemos – y eso es todo lo que tenemos – como referencia. El trabajo en esta dirección ya ha comenzado en algunas de las colaboraciones antes mencionadas, vinculando efectivamente muchas disciplinas científicas. Sin embargo, se necesitan esfuerzos más sistemáticos. Los resultados se incorporarán directamente a las actividades de la Iniciativa LIFE para maximizar las posibilidades de que LIFE pueda ser fundamentalmente transformador en nuestra comprensión de los orígenes de la vida.

referencias

  1. www.copl.ethz.ch
  2. https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu
  3. www.life-space-mission.com
  4. https://arxiv.org/abs/2101.07500
  5. https://arxiv.org/abs/2112.02054
  6. https://arxiv.org/abs/2204.10041
  7. https://arxiv.org/abs/2210.01782
  8. https://arxiv.org/abs/2211.04975

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