ASTROBIOLOGÍA (*)
(*) Título: "Astrobiology"
Autor: Lynn J. Rothschild.
Selección del texto y traducción: Roberto Aretxaga, Bilbao, 2002.

Artículo disponible en la Web de la "Conferencia Bienal sobre la Ciencia de la Astrobiología" organizada por el Ames y el Instituto de Astrobiología de la NASA, correspondiente a la edición de 2002:
http://web99.arc.nasa.gov/abscon2/what_abio_full.cfm

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.

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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/