La autora, Lynn J. Rothschild, es Doctora en Biología
Molecular y Celular por la Universidad de Brown (1985). Ha
sido becaria de la Universidad de Indiana (USA) y de los Consejos
de Investigación Canadiense y de los Estados Unidos.
Es profesora en la Universidad de Brown, donde dirige varias
tesis doctorales, y es científico investigador del
Centro de Investigación Ames de la NASA. Forma también
parte del equipo de críticos del Journal of Eukaryotic
Microbiology and Origins of Life and Evolution of the Biosphere.
La Astrobiología
es el estudio científico del universo vivo, de cómo llegó
hasta este punto en el tiempo, y hacia dónde se dirige. Comienza
con la vida en la Tierra, el único lugar donde se sabe que existe
vida, y se adentra en las regiones más remotas del cosmos. En
el tiempo se extiende desde la gran explosión (big bang) hacia
el futuro.
La Astrobiología comprende una variada serie de temas que se
pueden categorizar bajo preguntas más amplias: ¿De dónde
vino la vida? ¿Cuál es su futuro? ¿Estamos solos
en el universo? Como cualquier recién nacido, la Astrobiología
está creciendo y cambiando con rapidez. Por eso, este artículo
sólo puede ofrecer una panorámica de la Astrobiología
más que abarcar todos los descubrimientos de las últimas
investigaciones. Existen varios sitios web reconocidos, listados al
final del artículo, que suministran información actual
revisada.
Una disciplina con una historia de 7000 años
La Astrobiología (del griego astron, estrella, bios, vida y logos
o descripción) es posiblemente la más antigua de las ciencias.
Contemplando el firmamento es fácil imaginar que poseemos un
vínculo íntimo con los cielos. Hace unos 7000 años,
en Escocia, Inglaterra e Irlanda, se alinearon piedras para indicar
la salida y la puesta de la Luna, y más tarde del Sol. La conexión
entre la vida en la Tierra y la astronomía fue reconocida en
muchas culturas antiguas, incluyendo la egipcia donde se usó
para calcular complejos calendarios para el comercio y la agricultura.
Los babilonios la emplearon para la astrología (la idea de que
los acontecimientos humanos estaban unidos a los celestes), los griegos
para la agricultura y la navegación, los musulmanes por sus implicaciones
religiosas, y los chinos en la creencia de que los cielos reflejaban
las acciones del Emperador. Incluso antes, el hombre advirtió
la maravillosa variedad de criaturas vivas, que representó en
pinturas rupestres hace al menos 31.000 años. Usando un telescopio,
el cielo nocturno reveló cuerpos lejanos tales como Marte, con
características que parecían sufrir altibajos según
las estaciones. ¿Podría alguno de ellos albergar vida,
debe haberse preguntado, quizá incluso como la nuestra propia?
¿Hacia dónde podría conducir todo esto en el futuro?
¿Podrán viajar nuestros descendientes a esos cuerpos lejanos,
o podríamos ser visitados por criaturas extraterrestres?
Si bien estas preguntas han sido formuladas durante milenios, los rápidos
avances en las ciencias y la capacidad para salir al espacio han puesto
la base para un planeado examen científico de estas cuestiones.
Luego, en 1996 David McKay del Centro Espacial Johnson de la NASA y
sus colegas interpretaron la evidencia química y geológica
de un meteorito originado en Marte hallado en el Antártico, para
argumentar que la vida estuvo una vez presente en el planeta rojo. De
repente científicos procedentes de campos dispares se unieron
bajo la nueva meta-disciplina. "Astrobiología", el
nombre para la disciplina emergente, es una palabra empleada por primera
vez a comienzos de la década de los 50 como una traducción
rusa de exobiología, y recuperada en 1995 por el entonces Administrador
Asociado para la Ciencia Espacial Wesley T. Huntress Jr., para describir
las actividades en curso del Centro de Investigación Ames de
la NASA. De algún modo, la Astrobiología es una versión
ampliada de la biología evolutiva sobre un lienzo que se extiende
sobre miles de millones de años y a través del universo
entero.
La NASA ha tomado la incitativa al establecer la Astrobiología
como una disciplina científica, con el Centro de Investigación
Ames en California a la cabeza. En 1998 el Ames albergó un taller
para desarrollar un itinerario para la Astrobiología, con resultados
que no fueron definitivos ni exclusivos, sino que más bien propuso
áreas de investigación. Son probables futuros talleres
itinerario, sin embargo tal planteamiento está siendo superado
rápidamente por otros acontecimientos que configuran el campo.
La NASA ha fundado un Instituto de Astrobiología "virtual",
que actualmente incluye 14 instituciones líder seleccionadas
de universidades, laboratorios gubernamentales y centros de investigación
en los Estados Unidos, y un número creciente de asociados por
todo el mundo. La primera Conferencia de la Ciencia de la Astrobiología
tuvo lugar en abril de 2000 en el Ames de la NASA, con más de
600 participantes procedentes de docenas de países, y está
proyectada una segunda para el 2002. Las publicaciones hasta la fecha
incluyen publicaciones periódicas dedicadas a la Astrobiología,
más ediciones especiales de Nature (11 de febrero de 2001) y
las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, USA (enero y febrero
de 2001).
¿Por qué la Astrobiología ha sido un éxito
tan inmediato? Claramente, hay razones prácticas tales como predicciones
mejoradas del cambio climático global, implicaciones para la
salud humana, y subproductos biotecnológicos del estudio de la
vida en ambientes extremos. Pero la Astrobiología posee también
una innata fascinación intelectual. Aristóteles (Política,
sección 1259 a) enseñó que la búsqueda del
conocimiento es importante en sí misma, incluso separada de su
utilidad comercial. Aquí esta búsqueda resuena con nuestra
propia existencia: ¿Cuál es nuestra conexión con
el mundo vivo, con nuestro planeta y con cualquier cosa que pueda existir
más allá de la Tierra?
El alcance de la Astrobiología: investigación actual
¿Cómo comenzó y evolucionó la vida? Esta
pregunta ha pre-ocupado a todas las culturas. La Astrobiología
es una aproximación novedosa que comienza en las fronteras de
los estudios biológicos sobre los orígenes y la biología
evolutiva pero que se extiende hasta incluir los factores físicos
que configuran la evolución en la Tierra, el origen de los compuestos
químicos que constituyen los organismos vivos, y la historia
de nuestra casa, el universo. Un área de interés es el
origen de los elementos biogénicos (elementos que son particularmente
importantes en los organismos vivos tales como carbono, hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, hierro y magnesio),
y el origen de los compuestos orgánicos. Por los estudios de
cosmoquímica sabemos que a excepción del hidrógeno,
el helio y el litio los elementos se forman en las estrellas (por eso
nosotros estamos hechos literalmente de polvo estelar). Los compuestos
orgánicos se han originado en diversos emplazamientos acuáticos
de la Tierra, en la atmósfera primitiva, y en el espacio tal
como en los cometas desde donde luego son depositados en la Tierra.
Los cosmoquímicos han demostrado que se puede producir una mezcla
compleja de compuestos orgánicos en el hielo interestelar de
agua, metanol, amoníaco y monóxido de carbono. Estos materiales
podrían haber sido transportados a la Tierra y otros cuerpos
vía meteoritos, cometas o partículas de polvo interplanetarias.
El Telescopio Espacial de Infrarrojos de la Agencia Espacial Europea
ha detectado benceno, un compuesto orgánico complejo que constituye
la base para muchos compuestos biológicos, en una nebulosa protoplanetaria.
Los factores medioambientales determinan en gran medida si la vida es
posible y qué dirección evolutiva puede tomar. Por eso,
la Astrobiología también se centra en el entorno que formó
la Tierra y otros cuerpos que posiblemente podrían albergar vida
o al menos alguna forma de química prebiótica (orgánica).
Como el agua es la condición sine qua non de la vida, es crucial
estudiar el venero del agua, y los factores ambientales que permiten
al agua líquida permanecer en una forma estable.
El agua en la Tierra se originó cuando ésta se estaba
formando, pero también ha sido depositada en ella por los cometas.
A comienzos de 2001 un equipo americano y otro australiano anunciaron
simultáneamente que tenían evidencia por cristales de
circón de que en la Tierra había agua líquida y
capas continentales desde hace 4.300-4.400 millones de años,
un breve intervalo geológico tras el origen de la Tierra hace
4.500 millones de años. Este descubrimiento fue emocionante debido
a que el fuerte bombardeo de la Tierra por meteoritos borró el
registro rocoso anterior a hace 3.900 millones de años.
Durante décadas se ha reconocido que se encuentra agua helada
en Marte, pero la interpretación reciente de Malin y Edgett indica
que podría haber habido agua líquida recientemente cerca
de la superficie, quizá aún ahí incluso en el presente.
El actual revuelo está en la evidencia de que una luna de Júpiter
-Europa- alberga un océano de agua líquida bajo una capa
de agua helada. La luna más grande del sistema solar, la luna
de Júpiter Ganímedes, podría haber tenido vulcanismo
en alguna ocasión y agua líquida e incluso en la actualidad
podría tener un océano bajo la superficie (aunque su poca
producción de calor y menos variedad química le hace improbable
para haber albergado vida).
ILUSTRACIÓN: factores medioambientales que forman la vida
La vida misma aún tiene que ser creada artificialmente, pero
algunas reacciones simuladas en un laboratorio indican que dadas las
condiciones físicas y químicas adecuadas, algunos pasos
en el origen de la vida son inevitables. Por ejemplo, la actividad metabólica
puede ser incorporada a vesículas de lípidos, posiblemente
como en las primeras células. El ARN puede actuar tanto como
almacén de información (al igual que el ADN) como una
encima para autoprocesos, lo que sugiere que los primeros organismos
estuvieron basados en el ARN, el así llamado "Mundo del
ARN". Se ha logrado la evolución de biomoléculas
in vitro lo que permite la observación de la evolución
de funciones nuevas o mejoradas.
La reconstrucción de la evolución temprana depende de
tres enfoques. Primero, el registro fósil proporciona fósiles
químicos como la proporción de carbono 12 o 13 (13C ratio)
que denota fotosíntesis, y fósiles morfológicos.
El registro morfológico más temprano muestra microfósiles
celularmente protegidos similares en estructura a la moderna cianobacteria,
y comunidades microbianas laminadas denominadas estromatolitos.
Segundo, la biología comparada de organismos modernos ofrece
pistas para reconstruir acontecimientos evolutivos. Mientras que en
el pasado esta aproximación se basaba en una vulgar anatomía,
hoy la biología comparada descansa en gran medida en comparaciones
de la secuencia de ADN y secundariamente en análisis bioquímicos
y estructurales. Actualmente estos estudios indican que el último
ancestro común de todos los organismos vivos actuales podría
haber vivido a alta temperatura. Esta indicación coincide con
el hecho de que el registro fósil comience casi inmediatamente
después de finalizado el último período de bombardeo,
y los océanos fuesen calentados por el bombardeo.
Tercero, los astrobiólogos pueden emplear los análogos
actuales de organismos antiguos bajo condiciones modernas o antiguas
simuladas para aprender cómo funcionaban comunidades pasadas.
Tales estudios se denominan paleontología actualística.
Debido al predominio de estromatolitos en el registro fósil de
hace 3.500 a 600 millones de años, las marañas microbianas
que son similares a los análogos modernos de tales comunidades
se estudian con particular intensidad. Esto permite a los astrobiólogos
aplicar técnicas modernas como la biología molecular y
la geoquímica para reconstruir cómo funcionaba la vida
en el pasado, desde el nivel molecular de la inducción del gen
a la función de ecosistema.
Al mismo tiempo que los organismos han evolucionado y se han diversificado,
el entorno físico de la Tierra ha cambiado. El sol se ha vuelto
más luminoso con el tiempo al quemar sus provisiones de hidrógeno.
La atmósfera de la Tierra ha cambiado de una atmósfera
anaeróbica con predominio de dióxido de carbono a otra
aeróbica con el 21% de oxígeno. Los continentes han surgido,
derivado y chocado. La Tierra ha sido golpeada por cometas y meteoritos,
algunos lo suficientemente grandes como para haber causado la extinción
del 90% de la vida al final del Pérmico hace 225 millones de
años y el de los dinosaurios hace 65 millones.
La química orgánica se halla en el espacio. Meteoritos,
cometas y polvo interplanetario llueven sobre la Tierra proporcionando
un suministro de material orgánico. Durante sus primeros 500
millones de años Marte podría haber sido más acogedor
para la vida que la Tierra misma durante esa época, y sabemos
que rocas procedentes de Marte han chocado con la Tierra. Posteriormente,
la Agencia Espacial Europea en colaboración con investigadores
europeos y americanos ha situado organismos en órbita terrestre
expuestos al entorno espacial y ha encontrado que algunos han sobrevivido
(experimentos BioPan y LDEF). Todo esto ha alentado una revisión
de la posibilidad de que la vida pueda viajar de un cuerpo a otro dentro
de nuestro Sistema Solar -un proceso denominado panspermia. Se planean
experimentos posteriores que analicen la supervivencia de organismos
en el espacio para el Expose Facility exterior de la Estación
Espacial Internacional.
¿Cuál es el futuro de la vida? Actualmente los humanos
estamos alterando el medioambiente físico y la biodiversidad
de la vida en la Tierra en un grado sin precedentes. La Tierra se está
calentando a causa de un aumento de los niveles atmosféricos
de dióxido de carbono. Los humanos estamos alterando los hábitats
provocando la extinción y el trastorno de organismos. Especies
foráneas están siendo transportadas a nuevos hábitats
donde a menudo alteran el ecosistema original.
Estamos observando estos cambios desde la superficie y desde el ventajoso
emplazamiento del espacio. Estamos utilizando datos de la superficie
y del espacio para desarrollar modelos predictivos para el futuro. En
las décadas de los años 60 y 70 los astronautas exploraron
la Luna como parte del programa Apollo de la NASA. La exploración
no tripulada de la NASA (vg., los Voyager 1 y 2, los Pioneer 10 y 11)
nos ha transportado más allá del sistema solar, hasta
la superficie de Marte (los Viking Lander, la Mars Global Surveyor)
y al asteroide Eros (NEAR); misiones rusas y estadounidenses han estudiado
Venus. La estación espacial rusa Mir (que fue destruida el 23
de marzo de 2001) mostró el camino del vuelo humano de larga
duración en orbita terrestre baja, y en los primeros años
del siglo XXI está siendo ensamblada una Estación Espacial
Internacional.
Al mismo tiempo, los avances en astronomía y ciencia planetaria
han revelado el destino final de la Tierra. En 1000-2000 millones de
años (Gyr), nuestra luna se perderá en el espacio. Sin
el efecto estabilizador de la Luna, la inclinación de la Tierra
variará caóticamente dando como resultado cambios climáticos
terribles. En los próximos 5 Gyr, el Sol incrementará
su luminosidad el 60%, y entonces, habiendo consumido su hidrógeno,
dejará la fase de secuencia principal de la evolución
estelar. Por eso, vemos que finalmente el destino de nuestro planeta
y de nuestra especie dependerá de un conocimiento de la astronomía
y de la habilidad para dar pasos drásticos a fin de evitar el
olvido.
¿Estamos solos en el universo? Si bien la Astrobiología
no es sinónimo de búsqueda de vida en el universo, es
una parte vital de la empresa. Esta búsqueda se sirve de varias
aproximaciones, desde la búsqueda de microbios a seres inteligentes.
Aunque la idea de que podría haber otros seres inteligentes en
nuestro universo es enormemente emocionante, ahora sabemos lo suficiente
sobre nuestros vecinos como para comprender que si semejantes criaturas
existen, deben estar más allá de nuestro sistema solar
y por eso la comunicación con ellas será difícil.
En 1961 Frank Drake, ahora Presidente de la Plantilla de Administradores
del Instituto SETI, proporcionó el armazón de estos estudios
en forma de la ecuación de Drake que enumera los parámetros
necesarios para calcular la probabilidad de vida inteligente en algún
otro lugar. Actualmente el esfuerzo SETI (Search for Extraterrestrial
Intelligence: Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre) más
sensible y amplio ha sido el proyecto Phoenix. Iniciado en 1995, se
han utilizado diferentes radiotelescopios para escuchar señales
de radio que fuesen intencionada o inadvertidamente transmitidos desde
otro planeta. Los telescopios incluyen el Parkes y Mopra en Australia,
después el telescopio de 140 pies del Observatorio Nacional de
Radioastronomía en Virginia Occidental más el telescopio
de 30 m de la Georgia Tech en Woodbury, Georgia y ahora el Observatorio
de Arecibo en Puerto Rico emparejado con el telescopio Lovell en Jodrell
Bank, Inglaterra.
El punto central de la búsqueda de vida extraterrestre, tanto
dentro como, con el tiempo, fuera de nuestro sistema solar, está
en las formas microscópicas de vida puesto que organismos más
grandes ya se habrían detectado y porque los microbios en particular
son a menudo los campeones en sobrevivir en los ambientes extremos que
ofrece el resto del sistema solar. Las misiones Viking de la NASA estuvieron
dirigidas a detectar señales de vida visibles o metabólicas
en Marte, pero los resultados fueron negativos o, en el mejor de los
casos, muy ambiguos. Las investigaciones actuales se centran en la posibilidad
de una biota marciana antigua que pueda ser detectada en meteoritos
u otras muestras procendentes de Marte, o una posible biota existente
protegida de la radiación solar presente a profundidad bajo la
superficie, en los casquetes de hielo polares o en depósitos
salinos. La perforación profunda en Marte es técnicamente
difícil, pero podría ser el enfoque más prometedor.
Indicios recientes de que podría haber habido agua en Marte en
un pasado reciente o incluso hoy en día, están forzando
un replanteamiento de la estrategia.
Europa tiene una ventaja sobre Marte en que se piensa que existe un
océano de agua líquida bajo una gruesa capa de hielo.
Por desgracia Europa está mucho más lejos de la Tierra
y posee una gruesa corteza helada, así que también proporcionará
desafios técnicos.
La teoría planetaria indica que la mayoría de las estrellas,
especialmente las estrellas como el sol, deberían tener sistemas
planetarios. Desde 1995, el descubrimiento de planetas extrasolares
-aquéllos que orbitan otras estrellas- ha ido en proporción
creciente. Para 2001 han sido detectadas más de 50 estrellas
cercanas con planetas. La emoción radica en el hecho de que los
planetas podrían proporcionar medioambientes más estables
para que la vida prenda y evolucione que cuerpos más transitorios
como los cometas. Los planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha
han transformado nuestra concepción sobre lo que constituye un
sistema solar "normal", pero todavía no han revelado
ningún planeta que sea verosímilmente habitable. Es posible
que los planetas habitables puedan orbitar enanas rojas. Aun cuando
estas estrellas son solamente del 6 al 60% de la masa del Sol, podrían
constituir el 80% de las estrellas. Por esto, si poseyeran sistemas
solares con planetas habitables, aumentaría enormemente el número
de planetas potencialmente habitables en el universo.
¿Qué deparará el futuro?
Es fácil de predecir un futuro emocionante para la Astrobiología.
Del mismo modo que el concepto de evolución proporcionó
un tema unificador para la biología durante los últimos
140 años, la Astrobiología proporciona una aproximación
novedosa para el estudio de la vida en sí. La fascinación
intelectual es indiscutible y las herramientas cada vez más poderosas.
Universidades de todo el mundo están comenzando a reconocer esto
por lo que establecen programas de Astrobiología. El reconocimiento
académico y la reestructuración son importantes porque
un astrobiólogo precisa tanto profundidad en un área de
especialización como versatilidad para reconocer y desarrollar
enfoques multidisciplinares para la investigación.
Entre tanto, las herramientas de la biología molecular avanzan
a pasos agigantados. Esto ha permitido la rápida secuenciación
del ADN, las determinaciones de la regulación del gen y el análisis
de la función de la proteína. Para tratar la avalancha
de datos, los avances en sistemas informáticos han llevado a
la creación de la Astrobiología computacional. El acceso
al espacio y la oportunidad de realizar allí experimentos biológicos
se han incrementado por las misiones no tripuladas así como por
las tripuladas tales como la Lanzadera Espacial (Space Shuttle) de la
NASA y la estación rusa Mir, y en un futuro la Estación
Espacial Internacional.
Futuras metas de la exploración científica incluirán
Marte, Europa y varios cometas y asteroides. De vuelta a la Tierra habrá
estudios posteriores de medioambientes que están en los límites
físicos y químicos de la supervivencia los cuales nos
brindarán un mejor entendimiento de lo que son las condiciones
"posibles" para la vida. Una cosa es cierta: en esta meta-disciplina
de rápido avance, los logros inesperados serán cada vez
más comunes y sin duda sorprendentes de forma que obligarán
a reconsiderar nuestra concepción de la vida.
Referencias bibliográficas:
Chyba, Christopher F. y Cynthia B. Philips (2001) Possible ecosystems
and the search for life on Europa. Proc. Natl. Acad. Sci.. USA 98: 801-804.
Croswell, Ken, THE RIGHT PLACES TO LOOK FOR ALIEN LIFE. New Scientist
issue: 27 january 2001.
Dworkin, Jason P., David W. Deamer, Scott A. Sandford, y Louis J. Allamandola.
Self-assembling amphiphilic molecules: Synthesis in simulated interstellar/precometary
ices., Proc. Natl. Acad. Sci., USA 98: 815-819.
Lunine, Jonathan I. (2001) The ocurrence of Jovian planets an the habitability
of planetary systems. Proc. Acad. Natl. Sci., USA 98: 809-814.
Lunine, Jonathan I. (1999) In search of planets and life around other
stars. Proc. Natl. Acad. Sci., USA 96: 5353-5355.
Malin, Michael & Edgett, Kenneth. (2000) Evidence for recent groundwater
seepage and surface run-off on Mars. SCIENCE 288: 2330-2335.
Marcy, Geoffrey (1998) Extrasolar Planets. Back in focus. Nature 391:
127.
Marcy, Geoffrey W. y R. Paul Butler (1998) Detection of extrasolar giant
planets. Ann. Rev. Astron. Astrophys. 36: 57-97.
McKay, Davis S., Everett K. Gibson Jr., Kathie L. Thomas-Keprta, Hojatollah
Vali, Christopher S. Romanek, Simon J. Clemett, Xavier D. F. Chillier,
Claude R. Maechling, Richard N. Zare (1996) Search for Past Life on
Mars: Possible Relic Biogenic Activity in Martian Meteorite ALH84001.
Science 273: 924-930.
Pace, Norman. (2001) The universal nature of biochemistry. Proc. Natl.
Acad. Sci., USA 98: 805-808.
Rothschild, L.J. & R.L. Mancinelli (2001) Life in extreme environments.
Nature (London) 409: 1092-1101.
Schenk, Paul M., McKinnon, William B., Gwynn, David y Jeffrey M. Moore
(2001) Flooding of Ganymede's bright terrains by low-viscosity water-ice
lavas. Nature 410: 57-60.
Sitios Web:
Sitio Web de Astrobiología Spaceref.com: http://astrobiology.com/
Instituto de Astrobiología de la NASA: http://nai.arc.nasa.gov/
Astrobiología en la NASA: http://astrobiology.arc.nasa.gov/
Artículos y enlaces sobre Astrobiología on-line:
http://www.lyon.edu/webdata/users/dthomas/astrobiology/online_articles1.html
Sitio de Astrobiología Space.com:
http://www.space.com/scienceastronomy/index.html
Instituto SETI: http://www.seti.org/
ASTROBIOLOGÍA (*)