INTRODUCCIÓN A LA ASTROBIOLOGÍA: origen, evolución, distribución y destino de la vida en el Universo

Autores:
SECKBACH, Joseph; WESTALL, Frances y CHELA-FLORES, Julian.

Publicado en: Seckbach, J., Westall, F. and Chela-Flores, J. (2000). "Introduction to astrobiology". En: Journey to Diverse Microbial Worlds: Adaptation to Exotic Environments, ed. Joseph Seckbach; volumen 2 de la serie Cellular Origin and Life in Extreme Habitats (COLE). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, Capítulo 25, pp. 367-375. Copyright Kluwer. ISBN 0-7923-6020-6.
http://www.wkap.nl/prod/b/0-7923-6020-6

Título original:
"Introduction to Astrobiology: Origin, Evolution, Distribution and Destiny of Life in the Universe", disponible en: http://www.ictp.trieste.it/~chelaf//ss3.html

Selección y traducción del texto: Dr. Roberto Aretxaga, Bilbao, 2002.
La presente edición (Cibernous, 2002) cuenta con la amable autorización de Kluwer Academic Publishers.


Los autores:
J. Seckbach es Doctor y Master en Botánica por la Universidad de Chicago (Estados Unidos), y Licenciado en Botánica y Bioquímica por la de Bar-Ilan (Israel). Tras el doctorado, fue investigador becado en el Instituto de Tecnología de California, Caltech, (División de Biología), Pasadena. De las múltiples actividades y cargos desempeñados por el profesor Seckbach, únicamente reseñaremos los siguientes: co-director, con el profesor Willard F. Libby (Premio Nobel de Química, en 1960, por el método de datación científica de Carbono 14), del grupo de investigación de búsqueda de vida en el planeta Venus (Venus Project), Instituto de Geofísica y Física Planetaria de la Universidad de los Ángeles (UCLA); Director de Recursos de Investigación Nacionales de la Academia Israelí de Ciencias y Humanidades (Jerusalén); profesor en diferentes universidades e instituciones científicas de diversos países; participa, organiza y dirige numerosos congresos, encuentros y seminarios internacionales sobre la materia, como el Astrobiology International Meeting (Denver, 1999) del cual fue presidente y miembro del comité organizador; colaborador y asesor de publicaciones y editoriales científicas de prestigio internacional (como v.g., Kluwer Academic Publishers); es miembro, entre otras, de las sociedades científicas ISSOL, ISE, PSA o NYAS. El profesor Seckbach cuenta en su haber con innumeras investigaciones y publicaciones pioneras en la materia.

F. Westall es Doctora en Geología Marina por la Universidad de Cape Town (Sudáfrica) y Licenciada en Geología por la de Edimburgo (Reino Unido). Entre otros méritos profesionales y académicos reseñamos los siguientes: investigadora en las Universidades de Bolonia (Italia) y Nantes (Francia) e investigadora becada en el Instituto Alfred Wagner (Alemania Occidental); ha trabajado en el Instituto Lunar y Planetario de Huston (Texas); actualmente es Directora de Investigación en el equipo de Exobiología del Centro de Biofísica Molecular del Centro Nacional de Investigación Científica francés (CNRS); especialista en vida terrestre primitiva y búsqueda de vida en Marte, así como en exploración humana del planeta rojo; investigadora de campo en los terrenos del Arcaico de Greenland, Pilbara y Barbeton; es miembro del equipo de estudios exobiológicos de la Agencia Espacial Europea (ESA) y ocupa la Cátedra de Exobiología de la Fundación Espacial Europea (ESF). Ha publicado más de 170 títulos relacionados entre libros, capítulos de libros, artículos y conferencias (actas).

J. Chela-Flores es Doctor en Mecánica Cuántica y Licenciado en Matemáticas por la Universidad de Londres. Entre otros cargos y actividades del profesor Chela-Flores, reseñamos los siguientes: miembro del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT, Caracas, Venezuela, 1981-1984), investigador en el Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica (ICTP, Trieste, Italia), profesor, y fundador, del Instituto de Estudios Avanzados (IDEA, Universidad Simón Bolívar, Caracas, Venezuela), miembro de la Academia Latino Americana de Ciencias y del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín (DIAS). Desde 1994 es miembro de la Sociedad Internacional para el Estudio del Origen de la Vida (ISSOL), y desde 1995 miembro de pleno derecho de la Academia de Esfuerzos Creativos (Moscú). También es miembro de la Sociedad Planetaria (TPS) y de la Asociación Europea de la Red de Exo/Astrobiología. Así mismo, fue co-director del curso de la ICTP/ICGEB Escuela Ibero-Americana de Astrobiología (IASA) y organizador y director de las conferencias del ICTP sobre evolución química y el origen de la vida (Astrobiología). En 1998 ocupó la Cátedra UNESCO de Filosofía. El profesor Chela-Flores tiene en su haber una ingente producción científica, de la que únicamente mencionaremos The New Science of Astrobiology. From Genesis of the Living Cell to Evolution of Intelligent Behavior in the Universe (Kluwer, 2001).


1. ¿Hay otros mundos habitados?
La única vida que conocemos en el universo es la vida en nuestro propio planeta Tierra. Ignoramos completamente lo representativa que pueda ser de la vida en otros planetas, aunque en el capítulo de uno de nosotros (Chela-Flores, 2000c) se conjetura que, dadas las condiciones medioambientales adecuadas, si la vida comenzara en cualquier otro lugar estaría obligada a seguir una vía evolutiva hacia la eucariogénesis y la multicelularidad (Chela-Flores 1998; Seckbach et al., 1998).

La cuestión de si en un contexto extraterrestre la naturaleza sigue una dirección previsible es claramente una cuestión abierta, pero algunos indicios de las leyes básicas de la biología terrestre (la selección natural y un antepasado común a toda la biota terrestre) pueden interpretarse como la prueba de que la evolución es en gran medida predecible y no contingente. De hecho, el respaldo de equipos independientes indica que la selección natural hace caso omiso de la aleatoriedad de la deriva genética; en otras palabras, la selección natural parece ser lo bastante fuerte como para dirigir a los organismos terrestres hacia finales similares, independientemente de la contingencia histórica (Pennisi 2000, y referencias en éste). Por otra parte, algunos argumentos abogan en favor de que un nivel humano de inteligencia está siendo alcanzado por la hipotética vía evolutiva obligada universal hacia la eucariogénesis y la multicelularidad. Ciertamente, en un medioambiente extraterrestre probablemente nunca volverían a repetirse los mismos pasos evolutivos que condujeron a los seres humanos; pero ese apenas es el aspecto relevante: el papel de la contingencia en la evolución tiene poca relación con el surgimiento de una propiedad biológica particular (Conway-Morris 1998).

La inevitabilidad del surgimiento de propiedades biológicas particulares es un fenómeno que ha sido reconocido por los estudiosos de la evolución desde hace mucho tiempo (convergencia evolutiva). Hay una fuerte ventaja selectiva para la multicelularidad de las células eucariotas convertidas ya en neuronas; semejante suceso acaeció muy tempranamente en el proceso de evolución multicelular en la Tierra (Villegas et al., 2000). Este argumento aboga fuertemente en favor de la existencia de otro nivel humano de inteligencia en algún otro lugar del cosmos. No obstante, a pesar de estos persuasivos argumentos de las ciencias de la vida, algunos astrónomos y paleontólogos, con independencia de la evidencia de la biología, aún defienden el punto de vista contrario (Brownlee y Ward 2000).

2. Origen de la vida en la Tierra.
Por otro lado, al intentar desentrañar los misterios del/de los origen/es de la vida en la Tierra, desafortunadamente disponemos de poco material sobre el cual trabajar. El mero hecho de que la Tierra sea una entidad viva, dinámica (à la Gaia de James Lovelock) significa que las rocas más antiguas, las cuales guardan la clave de los orígenes de la vida han sido destruidas por el inexorable proceso de placas tectónicas. Las rocas más viejas de la Tierra se encuentran en el terreno de roca verdosa eruptiva de Isua, en el SO de Groenlandia, que tiene más de 3.800 millones de años de antigüedad. Ya estas antiguas rocas contienen una marca isotópica indicando que las bacterias habitaban el medioambiente en el que se formaron tales rocas (Schidlowski 1998; Mojzsis et al., 1996).

Si bacterias completamente desarrolladas habitaban la Tierra hace 3.800 millones de años, entonces la vida debe de haber comenzado mucho antes. Teóricamente, pudo haber comenzado en cualquier momento después de que el agua se condensara en la superficie de la Tierra: los cometas la habrían traído en las moléculas prebióticas (Chyba y Sagan 1992) que, de formas aún no comprendidas, se auto-organizaron en estructuras celulares primitivas que dieron lugar, a su vez, al último antepasado común, o cenancestro (UAC). El UAC entonces dio origen a las bacterias; pero debería subrayarse que lo que está surgiendo del extenso análisis del amplio número de árboles filogenéticos construidos a partir de una variedad de macromoléculas de la vida es el establecimiento de tres líneas celulares primarias de la descendencia evolutiva, entre las cuales se han producido casos amplios de transferencia horizontal (Doolittle 1999, Becerra et al., 2000).

Este crucial desarrollo tuvo lugar en condiciones que ahora consideraríamos inhóspitas pero que eran normales para la vida más primitiva. La atmósfera se estaba reduciendo ligeramente, consistiendo mayormente en CO2 (Pollack et al., 1987), con las subsiguientes consecuencias para un nivel más bajo de NO (Kasting 1990). Hay mucha discusión sobre la cantidad de oxígeno en la atmósfera primitiva de la Tierra ya que existe evidencia al menos de bolsas localizadas de oxidación subaérea (Ohmoto et al., 1999). La luz solar incidente habría sido cerca de un 30% menor que en la actualidad porque el horno nuclear del sol aún no había alcanzado su apogeo (Sagan y Mullen 1972). Se supone que la temperatura media era lo suficientemente cálida como para mantener líquida el agua en la Tierra debido al efecto invernadero del CO2 (con quizá algo de CH4; cf., Kasting 1993). Las temperaturas podrían haber sido más altas que en la actualidad debido al intenso bombardeo de meteoritos/cometas, que caracterizó el Hadean y las épocas más primitivas del Arcaico hasta hace aproximadamente 3.800 millones de años (Maher y Stevenson 1988). No había capa de ozono para mitigar los efectos letales de la radiación ultravioleta. Además, la luna estaba mucho más cerca de la Tierra (Hartmann y Davis 1975; Cameron y Ward 1976) teniendo como resultado influencias significativas de las mareas sobre cualquier medioambiente que existiera en la superficie. Finalmente, el susodicho período de intenso bombardeo pudo haber esterilizado la Tierra en varias ocasiones (Sleep et al., 1989). A pesar de todo esto, la vida comenzó, se desarrolló, prosperó y permaneció.

3. Evolución de la vida en la Tierra.
Así, pues, una de las características fundamentales de la vida, su tenacidad, se desarrolló tempranamente. Las bacterias más primitivas podrían haber sido organismos termófilos del dominio Archea (Wose 1987). Ya Darwin admitió que la vida se desarrolló en una pequeña charca caliente, y muy probablemente estos termófilos fueron los primeros organismos en la Tierra (Copland 1936, Seckbach 1994, 1995, 2000). La especie de Archea termófila, como muchos de los metanógenos, se encuentra cerca de la raíz en el árbol de la vida (Valentine y Boone, en Seckbach 2000; Madigan y Marrs 1997). Recientemente ha quedado bien establecido que todas las formas de vida agrupadas alrededor de la base de los árboles evolutivo y filogenético son termófilas (Pace 1997, Stetter 1998). Hay, sin embargo, una cierta refutación de esta teoría que ha desafiado el origen cálido/caliente de la vida, proponiendo que las primeras células fueron criófilas (Galtiers et al., 1999).

Alternativamente, la marca termofílica podría ser un artefacto de bacterias que hubiese estado sometido a un "cuello de botella" termófilo en el sentido de que durante el período de intenso bombardeo, las únicas bacterias supervivientes fueron aquellas que, o bien ocupaban el nicho hidrotermal, o bien se refugiaron allí (Baross y Hofman 1985; Nisbet y Fowler 1996). Hasta el aumento de O2 en la atmósfera de la Tierra y el desarrollo del ozono, la mayoría de los microbios primitivos podrían haber vivido en protegidos profundos nichos subterráneos (Onstott et al., 1999). Así, pues, considerando que durante la historia primitiva de nuestro planeta la tierra expuesta era inhóspita, la vida pudo haber comenzado bajo la superficie terrestre (Davies 1999).

Uno de los acontecimientos más importantes en la evolución fue el advenimiento de la eucariogénesis y la multicelularidad (Chela-Flores 2000a). La primitiva atmósfera terrestre era anoxia con incrementos significativos de oxígeno (> 15% de los niveles atmosféricos actuales [NAA], Holland y Beukes 1990), sucediendo solamente hace 2.100 millones de años. Sin embargo, precursores con características eucarióticas, así como la clara evidencia bioquímica de la existencia de cianobacterias oxígenas, han sido identificados hace 2.700 millones de años –antiguos esquistos procedentes de Hammersley Basin, Australia (Brocks et al., 1999; Summons et al., 1999), antes de que se hubiese alcanzado el significativo 15 % NAA (Holland y Beukes 1990). Entre los 1.500 y 1000 millones de años, la vida fotosintética se hizo lo suficientemente abundante como para elevar el oxígeno atmosférico hasta casi el nivel actual.

4. Distribución de la vida, ¿aquí, allá y por doquier?
4.1. DISTRIBUCIÓN DE LA VIDA EN EL UNIVERSO.
Considerando la universalidad de las leyes de la física, la termodinámica química y la química del carbono, habría una alta probabilidad de que otras estrellas y satélites pudieran albergar vida, si hubiese agua líquida disponible (de Duve, 1995; cf., "imperativo cósmico", como se discute en el capítulo (Chela-Flores, 2000c) de este volumen). Así, la búsqueda de vida (o incluso de condiciones prebióticas) en otros cuerpos sólidos dentro de nuestro propio sistema solar es de vital importancia; igualmente importante es la búsqueda de vida en otros sistemas solares mediante, por ejemplo, el "Proyecto Darwin" de la Agencia Espacial Europea y la iniciativa de la NASA con el "Buscador de Planetas Terrestres". Ambos capítulos de esta sección tratan estos conceptos filosóficos, proponiendo consideraciones prácticas para la capacidad de supervivencia de la vida bajo condiciones adversas (McKay, en este volumen) así como para la búsqueda de vida, especialmente en Europa, el satélite de Júpiter (Chela-Flores, en este volumen).

4.2. DISTRIBUCIÓN DE LA VIDA EN NUESTRO SISTEMA SOLAR.
Titán, un satélite de Saturno, con su densa atmósfera contenedora de CH4 ha sido descrito como un "laboratorio natural de exobiología" (Jakosky, 1998, p. 192). De hecho, la nave espacial Cassini-Huygens debe encontrarse con Titán en 2004 a fin de investigar este laboratorio químico natural.

Los planetas que se hallan dentro de la "zona habitable" de nuestro sistema solar son la Tierra, Marte y Venus. Han tenido historias primitivas similares y la vida podría haberse desarrollado en los tres (McKay, 1997; Jakosky, 1998).

Sin embargo, mientras que ahora la Tierra es caliente, húmeda y estable (su atmósfera es baja en CO2, y alta en N2), Marte es un desierto frío seco (con una atmósfera relativamente alta en CO2 y baja en N2, la presión atmosférica general es una fracción de la de la Tierra), y Venus es un infierno, en lo tocante a la vida. Como se discute en el capítulo de McKay (en este volumen), el límite superior de temperatura para la vida son unos incómodos 113 C (Blochl et al., 1997). Este es el límite máximo de temperatura del Pyrolobus fumarii (Stetter, 1998; ver el capítulo de Seckbach y Oren, en este volumen). Los 400 C de la superficie de Venus son por tanto simplemente demasiado elevados para el agua líquida y los enlaces moleculares de cualquier orgánica biogénica se romperían.

De igual modo, McKay trata de los límites inferiores de temperatura de la vida, observando que existe abundante vida viable en los fríos y secos desiertos de la Antártida y del Ártico (Gilichnsky et al., 1992; McKay et al., 1994), así como el hecho de que la vida por lo visto puede sobrevivir durante algunos millones de años en la tundra siberiana (Vorobyova et al., 1997). Chela-Flores (1998) subraya el hecho de que incluso organismos eucariotas pueden sobrevivir en esos ambientes. Las muestras profundas de hielo de la Estación Vostok, en las que se han detectado recientemente microorganismos (Priscu et al., 1999; Karl et al., 1999), pueden considerarse como un entorno análogo al existente en Europa, la luna joviana helada que aparenta tener un oceano bajo la superficie (Carr et al., 1998). La cartografía realizada por radar del Lago Vostok reveló la existencia de agua líquida bajo la costra helada. Posiblemente la parte superior de este agua sea calentada por la presión del hielo y por fuentes geotermales la inferior. Así, estas observaciones terrestres recientes pueden ofrecer pistas sobre la existencia de vida en otros mundos.

La ausencia de agua y los efectos de la radiación ultravioleta excluyen la posibilidad de vida en la superficie de Marte (la alta concentración de dióxido de carbono en la atmósfera marciana filtra la radiación ultravioleta de longitudes de onda inferiores a 190 nanómetros, pero la nociva radiación ultravioleta B de entre 200 y 300 nm alcanza la superficie con total intensidad). Sin embargo, McKay (este volumen) discute la posibilidad de "islas" hidrotermales bajo la superficie en el acuífero helado de Marte, donde la vida podría sobrevivir potencialmente, pero también señala que debería luchar durante importantes períodos de tiempo contra dosis letales de radiación procedentes de las rocas circundantes.

El reciente descubrimiento de una posible marca biogénica de 3.900 millones de años –antiguos glóbulos de carbonato en fracturas del meteorito marciano ALH84001 (McKay et al., 1996) ha provocado la conmoción entre los astrobiólogos (Seckbach, 1997) y ha generado un productivo interés en este campo relativamente nuevo (a saber, el Instituto Virtual de Astrobiología de la NASA y proyectos relacionados). Aunque los datos del meteorito de Allan Hills, así como las descripciones de estructuras con formas bacteriomorfas de los meteoritos marcianos más jóvenes, Nakhla y Shergotty (McKay et al., 1999) son tentadoras, aún no hay conclusiones firmes sobre la biótica marciana.

Los problemas presentan un doble aspecto y han de ser resueltos antes de que se traigan muestras procedentes de otros cuerpos estelares (Marte, cometario o asteroideo). (1) Trabajos recientes han subrayado el problema de la propagación, contaminación moderna de materiales extraterrestres (Steele et al., 2000) lo que complica las interpretaciones. Además, (2) todavía no disponemos de una base de datos bien establecida de estructuras verdaderamente biogénicas, en oposición a estructuras biomórficas, aunque ésto esté siendo tratado actualmente. (McKay et al., 2000, Westall 1999).

Otro aspecto de la investigación inicial de McKay et al. (1996), su descripción de posibles "fósiles nanobacterianos" ha llevado al interés por la amplitud de las fronteras de la vida, con los sorprendentes resultados de que la vida viable podría ser inferior a lo creído en un principio (Kajander y Ciftcioglu 1998; Uwins et al., 1998; Gillet et al., 2000). Las nuevas tendencias en microbiología y micropaleontología apuntan a que la diversidad de la vida microbiana en el Universo podría resultar ser mucho mayor que la que actualmente se encuentra en la Tierra, proporcionando así nuevos retos a los astrobiólogos.

4.3. DESTINO DE LA VIDA EN EL UNIVERSO.
El impacto de la vida extraterrestre en la filosofía y la teología queda fuera del alcance de este libro, el cual se ha confinado dentro de los límites de la ciencia. Pero para completar esta panorámica general de la Astrobiología, nos gustaría decir algo sobre su último aspecto, a saber, el destino de la vida en el universo. Este asunto requiere ir más allá de las fronteras de la ciencia. Otros aspectos de nuestra cultura tienen que ser incluidos en un amplio diálogo, más que dentro de un debate intercultural (Chela-Flores, 2000b).


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