El proceso de la vida en la Tierra   

El proceso de la vida en la Tierra no debe ser muy diferente al proceso de la vida en el Universo. Sin embargo, vamos a hacer mayor énfasis en los aspectos inherentes al surgimiento de la vida en el planeta Tierra, aunque en líneas generales, hay circunstancias que presentan cierto paralelismo.

 

El origen de la vida en la Tierra sigue siendo uno de los problemas fundamentales en la ciencia a los que no se le ha encontrado solución. En su búsqueda se entrelazan dos grandes disciplinas del conocimiento humano: la biología y la ciencia planetaria.

 

El surgimiento de la vida en la Tierra puede tener dos vías:

1. Se produjo en ella por procesos no biológicos (Endogénesis).

2. Fue portada de otros lugares o planetas (Exogénesis).

 

La mayoría de los científicos está a favor de la primera opción (endogénesis). La exogénesis, aunque ha captado la atención de algunos, aún no posee aceptación entre una gran cantidad de ellos.

 

Una explicación a grandes rasgos de ambas se presenta a continuación:

 

Endogénesis.

La endogénesis plantea la posibilidad del surgimiento de la vida en la Tierra, por procesos no biológicos.

 

De una composición fundamental de la atmósfera (básicamente hidrógeno), la luz ultravioleta del Sol y las descargas eléctricas (rayos), produjeron la descomposición de las moléculas.

 

La recombinación de estas en los océanos, aunados a una continua descomposición molecular, produjo de manera espontánea y aleatoria, moléculas capaces de autocopiarse (replicarse), utilizando para ello como bloques fundamentales, otras moléculas de la llamada “sopa originaria”.

 

En 1950, Stanley Miller y Harold Urey, reprodujeron en un laboratorio, el surgimiento de moléculas orgánicas a partir del bombardeo mediante electricidad, de gases y compuestos presentes en la atmósfera primitiva de la Tierra, como metano, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y agua.

 

Exogénesis.

La idea de la diáspora de la vida fue denominada panspermia por el químico sueco Svante Arrhenius (1859-1927) en 1903. Esta idea fue secundada por el astrofísico inglés Fred Hoyle quien en su trabajo “Astrochemistry, Organic molecules and the origin of life” (Astroquímica, moléculas orgánicas y el origen de la vida) en 1978, planteó la posibilidad que la vida fuese transportada en el Universo por los cometas.

 

Algunas consideraciones y descubrimientos.

La historia de la vida en la Tierra se extiende desde hace unos 3.800 millones de años, justo después del intenso bombardeo de las ultimas piezas de residuos interplanetarios que terminaron de formar a la Tierra. Antes de esta fecha, los masivos y constantes impactos, hicieron del planeta un lugar muy caliente e inhóspito para el surgimiento de la vida.

 

Cuando disminuyeron sensiblemente las grandes caídas, distanciándose miles y hasta millones de años, las grandes emisiones de gases, producto del intenso calor reinante, terminaron por saturar la atmósfera y preparar las condiciones para las primeras lluvias. Una de esas moléculas expelidas en forma de gas fue la del agua. Cómo un componente importante de los núcleos cometarios son las moléculas de vapor de agua, estas pudieron ser transportadas a la Tierra por los cometas.

 

Al caer las primeras lluvias, el agua suministró el caldo de cultivo de donde surgiría la vida. Y la vida floreció con extremada rapidez. Los primeros fósiles conocidos datan de hace 3.500 millones de años, apenas 300 millones de años después del último bombardeo.

 

De los primeros organismos unicelulares procariotas anaeróbicos (bacterias) surgen los procariotas aeróbicos (que consumen oxígeno) y los procariotas multicelulares (algas verde azuladas). Posteriormente aparecen los organismos eucariotas (seres vivos multicelulares), hasta llegar a toda biodiversidad existente en la actualidad.

 

Una descripción más detallada de este proceso se encuentra en la sección Historia Geológica de la Tierra.

 

El geoquímico alemán Manfred Schidlowski sostiene que la vida ya estaba presente en la Tierra hace 3.800 millones de años. Schidlowski afirma que extrae esa conclusión debido a los patrones observados por los isótopos de carbón en rocas sedimentarias. Al existir actividad biológica, estos isótopos asumen patrones determinados, que han sido identificados en rocas surgidas casi al mismo momento en que terminó el proceso de formación de la Tierra como planeta.

 

Mayo Grenberg (Universidad de Leiden) y Richard Davies (Universidad de Pennsilvania) han hecho serias consideraciones sobre como los organismos pueden sobrevivir el transporte a través del medio espacial. Si bien no resuelven el problema del origen de la vida, puede ser una explicación del origen en la Tierra de la misma.

 

La razón principal que lleva a los científicos a considerar el origen extraterrestre de la vida es su rápido surgimiento, después de la constitución de la Tierra como planeta. La “sopa primordial” de donde comenzaría a surgir la vida, tiene muy poco tiempo, según los últimos descubrimientos científicos.

 

Estas y otras razones hacen sospechar que los cometas son los portadores de la vida en la Tierra y en el Universo. Espectroscopia realizada sobre los cometas Halley (1986), Hyakutake (1996) y Hale-Bopp (1997), ha revelado que el núcleo cometario es rico en materiales orgánicos.

 

Los científicos partidarios de la Exogénesis, también se han dedicado a analizar el polvo interestelar. Entre los cometas y el polvo interestelar, es este último el que posee la mayoría de los compuestos orgánicos. Cada partícula de polvo interestelar posee tres capas: un núcleo mineral, un manto de compuestos orgánicos y una cubierta de hielo. En este sentido es importante resaltar la detección en 1963 de hidróxilo (hydroxyl) en el medio interestelar. El hidróxilo es un radical compuesto por un átomo de oxígeno y uno de hidrógeno. Hasta el momento se han logrado detectar más de 50 moléculas y compuestos orgánicos en el medio interestelar, siendo los más notables la glicina (1994), ácido acético (1996), glicolaldehido (molécula de azúcar, en el 2000), sal y glicol etileno en el 2002. 

 

Una interrogante que asalta a los investigadores es: Si los complejos orgánicos pueden sobrevivir al medio interestelar, ¿Por qué no los microorganismos? Jay Melosh científico planetario de la Universidad de Arizona, ha teorizado que la vida ha podido eyectarse de los planetas por los impactos de asteroides y meteoritos. El descubrimiento del meteorito marciano ALH84001 en nuestro planeta, es una prueba de la migración que podría ocurrir entre los planetas.

 

Si los cometas han sido los vehículos de transporte utilizado por la vida para desplazarse en el Universo, no necesariamente tienen que ser cuerpos confortables para los microorganismos. Ellos pueden subsistir en esporas o en hibernación. De hecho las condiciones de vacío y frío reinantes en la superficie de los cometas son las condiciones que utilizan los científicos para almacenar bacterias (liofilización).

 

Algunos microorganismos pueden resistir intensos rayos cósmicos por millones de años. Organismos alojados en la superficie del objeto (cometa, polvo cósmico) pueden acumular dosis letales de radiación, pero los situados en su interior, no. Mientras que una dosis de 1.000 Rad. es suficiente para matar a un ser humano, microorganismos pueden soportar altas dosis sin que se dañe su ADN. Las dosis de esterilización experimental inyectan entre 2 a 3 millones de Rad. Esto es lo que recibiría un microorganismo expuesto al medio interestelar por 10 millones de años.

 

Raúl Cano y Mónica Borucki, biólogos moleculares (Universidad Politécnica del Estado de California) han reportado que una bacteria preservada en ámbar por 25 millones de años, logró ser revivida. David Gilichinski (Academia de Ciencias de Rusia) y otros científicos rusos han encontrado (y reanimado) organismos incrustados en el permafrost siberiano, después de períodos de 3 millones de años y temperaturas de –10ºC. Otros científicos han especulado que bacterias podrían sobrevivir en sal hasta por 200 millones de años.

 

Todas las teorías del surgimiento de la vida a partir de materia inanimada, plantean al agua como vehículo ambiental. Ciertas algas pueden crecer en bancos de hielo. Pero sólo lo hacen cuando el hielo, actuando como una esponja,  ha retenido cerca del 50% de agua. Otros organismos crecen al margen de los casquetes polares, sobre la superficie de los glaciares, pero sólo en pequeñas piscinas de agua.

 

En los cometas existe mucho frío para que exista agua líquida. Pero al comienzo del Sistema Solar, muchos cometas pudieron unir el suficiente material radiactivo para calentar sus núcleos y producir agua líquida. Unos de los principales generadores de calor pudo ser el aluminio 26, que tiene un tiempo de vida promedio de un millón de años.

 

El calor generado pudo producir un núcleo líquido de varios kilómetros de tamaño. Las simulaciones por computadora fijaron que estos núcleos líquidos podrían permanecer así entre 10 millones hasta 1.000 millones de años, dependiendo de las capas exteriores del cometa. Las últimas simulaciones son algo ambiguas y no se puede concluir sobre lo que pasaría en estos cuerpos.

 

De ahí la importancia de las misiones Rosetta (ESA) y Stardust (NASA), después de fracasada la misión CONTOUR (Comet Nucleus Tour). La misión Rosetta fue lanzada el 2 de marzo del 2004  y alcanzará al cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko en 2014; inicialmente estaba programada para encontrarse con el cometa Wirtanen, pero retrasos en su lanzamiento hicieron perder la ventana de lanzamiento, siendo reprogramada para el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. La sonda Stardust se aproximó el 2 de Enero del 2004  a menos de 200 km del cometa Wild 2, logrando extraordinarias imágenes del núcleo cometario y recolectando muestras de su cola en una gel especial. La sonda CONTOUR, lanzada en julio del 2002, tenía previsto encontrarse con los cometas Encke en noviembre de 2003, Schwassmann-Wachmann-3 en junio de 2006 y d'Arrest en 2008, pero no pudo ser colocada en la órbita de transferencia deseada.

 

Dependiendo de los mecanismos desarrollados en el seno del cometa, la vida puede tener tres orígenes:

Fototrópica: proveniente de la luz.

Heterotrópica: proveniente de acción directa de los organismos.

Quimotrópica: proveniente de reacciones químicas inorgánicas.

 

En principio, heterótropos y quimótropos podrían evolucionar dentro de los núcleos cometarios. Ahí encontrarían agua líquida y material orgánico para proporcionar los bloques básicos para la constitución de la vida de las primeras células, así como su comida si fuera heterótropo o los químicos como el hidrógeno y el anhídrido carbónico, que utilizaría si fuera quimótropo.

 

Las corrientes convectivas impulsadas por la expulsión de calor revolverían esta sopa primordial. Incluso se ha sugerido que los granos minerales de cometas serían excelentes sitios para las formas tempranas de vida basadas en la química inorgánica. Dado lo poco que sabemos del origen de la vida en la Tierra, la mayoría de nuestras teorías pueden aplicarse al centro líquido de cometas 

 

Si la vida se origina de manera individual en los cometas, se podría dar el caso de una vida diferente dentro de cada uno. ¿Se puede conciliar esto con la observación de un solo tipo de vida en la Tierra? Toda la vida terrestre es bioquímicamente idéntica; todos los organismos usan el mismo código genético de ADN y los mismos 20 aminoácidos para construir las proteínas. Parece improbable que esa vida se haya originado exactamente de la misma manera en todos los cometas. 

 

Podría ser que los organismos en el planeta son todos descendientes de las formas de vida del primer cometa, que con éxito infectó la Tierra estéril. Si algunas formas de vida llegaron rezagadas en cometas subsecuentes, pueden haber tenido esfuerzos infructuosos para encontrar nichos entre los residentes enconchados. Con esta secuencia, la vida en la Tierra sería distinta de la vida en cualquier cometa en particular.

 

Por otro lado, si los cometas fueran meramente vehículos que traen la vida de fuera del Sistema Solar, entonces toda la vida en todos los cometas sería la misma e igual a la vida en la Tierra. De ser así, esta circunstancia sería una ayuda y un estorbo para los científicos que realizan la búsqueda de vida en los cometas: una ayuda porque se sabría de una manera clara lo que se busca, pero un estorbo porque sería muy difícil evitar la contaminación por microbios terrestres similares.  

 

Claro, la idea que la vida se levantó en los cometas es especulativa. Más cierto es el papel menos directo que los cometas probablemente jugaron en el origen de vida en la Tierra - no trayendo la vida, pero si los compuestos orgánicos (agua y otros materiales) de los que la vida depende.

 

Muchos de los objetos que impactaron nuestro planeta durante el bombardeo primigenio, eran cometas cargados con el agua, nitrógeno, y anhídrido carbónico: precisamente los compuestos volátiles necesarios para hacer de la temprana Tierra un lugar para la vida. Mucho del material frágil orgánico en los cometas se habría destruido en el rápido y ardiente impacto con la Tierra, pero los pedazos de corteza cometaria que escaparon de la incineración, se habrían diseminado por grandes extensiones del planeta y el espacio, con partículas ricas en compuestos orgánicos. Incluso hoy, estas partículas son colectadas por la Tierra y debido a su tamaño pequeño, no se funden o se evaporan completamente en la entrada atmosférica.

Los impactos de grandes cometas habrían provocado extinciones masivas de especies. Si el cometa es muy grande podría esterilizar la Tierra y conducirla a reiniciar los procesos que desencadenarían de nuevo la vida en ella. De aquí podemos concluir que los impactos cometarios han jugado un papel primordial en la evolución del planeta y sus especies. 

 

Cualquier cometa que transportase agua y carbono, necesarios para la biosfera, también trajo la vida a la Tierra desde las profundidades de nuestro Sistema Solar.

 

Ahora una pregunta que se hacen los científicos planetarios es ¿Pueden existir las mismas posibilidades en otros sistemas planetarios? Hasta el momento sólo existe evidencia directa de nubes de cometas en torno a las estrellas 47 Ursae Majoris, Beta Pictoris (gracias a la sonda FUSE, Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) y CW Leonis (sonda SWAS, Submillimeter Wave Astronomy Satellite). 

 

Otra incertidumbre es la distribución y tamaño de los exoplanetas (planetas fuera del Sistema Solar). Para que los cometas jueguen un papel importante en el surgimiento de la vida en los planetas tipo Tierra, deben haber planetas gigantes hacia el exterior del sistema planetario, de manera que actúen como barrenderos o esparcidores de cometas en curso de colisión con planetas más hospitalarios, localizados más cerca a la estrella central, dónde el agua puede permanecer en estado líquido. 

 

El próximo paso en la investigación de la posibilidad de vida en los cometas será analizar sus materiales orgánicos. Una firma de vida en la Tierra es el uso de sólo aminoácidos levógiros (compuestos que en solución, hacen girar hacia la izquierda, el plano de la luz polarizada) y no dextrógiro (giro hacia la derecha). Esta selectividad, conocida como Chiralidad, no está asociada con cualquier proceso no biológico conocido (con la pequeña excepción de la fuerza nuclear débil, que genera un minúsculo exceso de variedad levógira). Encontrar en los compuestos orgánicos dentro de los cometas, esta clara chiralidad sería una buena evidencia de nuestro origen biológico.

 

Finalmente, una búsqueda completa de vida en los cometas requerirá de muestras del material de la superficie cometaria y de sus profundidades  devueltas a la Tierra. Los análisis posteriores pueden revelar mucho de una de las más grandes interrogantes científicas.   

 

Material guía:

Carl Sagan, Cosmos, Carl Sagan Productions Inc. 

Christopher McKay, Promethean Ice, Space Science Division, Ames Research Center.