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En astronomía planetaria y astrobiología , la hipótesis de las tierras raras sostiene que el origen de la vida y la evolución de la complejidad biológica , como los organismos multicelulares que se reproducen sexualmente en la Tierra y, posteriormente, la inteligencia humana , requirieron una combinación improbable de eventos y circunstancias astrofísicas y geológicas . Según la hipótesis, la vida extraterrestre compleja es un fenómeno improbable y es probable que sea rara en todo el universo en su conjunto. El término "Tierra rara" se origina en Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe (2000), un libro de Peter Ward , geólogo y paleontólogo, y Donald E. Brownlee , astrónomo y astrobiólogo, ambos miembros de la facultad de la Universidad de Washington .
En los años 1970 y 1980, Carl Sagan y Frank Drake , entre otros, argumentaron que la Tierra es un planeta rocoso típico en un sistema planetario típico , ubicado en una región no excepcional de una galaxia espiral barrada común . A partir del principio de mediocridad (extendido a partir del principio copernicano ), argumentaron que la evolución de la vida en la Tierra, incluidos los seres humanos, también fue típica y, por lo tanto, que el universo rebosa de vida compleja. Ward y Brownlee sostienen que los planetas, sistemas planetarios y regiones galácticas que son tan propicios para la vida compleja como lo son la Tierra, el Sistema Solar y nuestra propia región galáctica no son típicos en absoluto sino en realidad extremadamente raros.
No hay evidencia confiable o reproducible de que organismos extraterrestres de ningún tipo hayan visitado la Tierra . [1] [2] No se han detectado ni observado transmisiones ni evidencia de vida extraterrestre inteligente en ningún otro lugar del Universo que no sea la Tierra . Esto contradice el conocimiento de que el Universo está lleno de una gran cantidad de planetas, algunos de los cuales probablemente tengan las condiciones hospitalarias para la vida. La vida normalmente se expande hasta llenar todos los nichos disponibles. [3] Estos hechos contradictorios forman la base de la paradoja de Fermi, de la cual la hipótesis de las Tierras Raras es una solución propuesta.
La hipótesis de las Tierras Raras sostiene que la evolución de la complejidad biológica en cualquier parte del universo requiere la coincidencia de un gran número de circunstancias fortuitas, incluyendo, entre otras, una zona habitable galáctica ; una estrella central y un sistema planetario que tengan el carácter requerido (es decir, una zona habitable circunestelar ); un planeta terrestre de la masa adecuada; la ventaja de uno o más guardianes gigantes gaseosos como Júpiter y posiblemente un gran satélite natural para proteger al planeta de frecuentes eventos de impacto; las condiciones necesarias para asegurar que el planeta tenga una magnetosfera y tectónica de placas ; una química similar a la presente en la litosfera , la atmósfera y los océanos de la Tierra ; la influencia de "bombas evolutivas" periódicas como glaciaciones masivas e impactos de bólidos ; y cualquier factor que pueda haber llevado al surgimiento de células eucariotas , la reproducción sexual y la explosión cámbrica de los filos animales , vegetales y fúngicos . La evolución de los seres humanos y de la inteligencia humana puede haber requerido aún más eventos y circunstancias específicos, todos los cuales es extremadamente improbable que hubieran sucedido si no hubiera sido por el evento de extinción masiva del Cretácico-Paleógeno hace 66 millones de años, que eliminó a los dinosaurios como los vertebrados terrestres dominantes .
Ward y Brownlee sostienen que para que un pequeño planeta rocoso pueda albergar vida compleja, los valores de varias variables deben estar dentro de rangos estrechos. El universo es tan vasto que aún podría contener muchos planetas similares a la Tierra, pero si tales planetas existen, es probable que estén separados entre sí por muchos miles de años luz . Tales distancias pueden impedir la comunicación entre cualquier especie inteligente que pueda evolucionar en tales planetas, lo que resolvería la paradoja de Fermi : "Si los alienígenas extraterrestres son comunes, ¿por qué no son obvios?" [ cita requerida ]
El estudio de las tierras raras sugiere que gran parte del universo conocido, incluidas grandes partes de nuestra galaxia, son "zonas muertas" incapaces de albergar vida compleja. Las partes de una galaxia donde es posible la vida compleja conforman la zona habitable galáctica , que se caracteriza principalmente por la distancia al centro galáctico .
El punto 1 excluye los confines más exteriores de una galaxia; los puntos 2 y 3 excluyen las regiones interiores galácticas. Por lo tanto, la zona habitable de una galaxia puede ser un anillo relativamente estrecho de condiciones adecuadas situado entre su centro inhabitable y sus confines exteriores.
Además, un sistema planetario habitable debe mantener su ubicación favorable el tiempo suficiente para que evolucione la vida compleja. Una estrella con una órbita galáctica excéntrica (elíptica o hiperbólica) pasará por algunos brazos espirales, regiones desfavorables de alta densidad estelar; por lo tanto, una estrella portadora de vida debe tener una órbita galáctica que sea casi circular, con una estrecha sincronización entre la velocidad orbital de la estrella y de los brazos espirales. Esto restringe aún más la zona habitable galáctica dentro de un rango bastante estrecho de distancias desde el centro galáctico. Lineweaver et al. calculan que esta zona es un anillo de 7 a 9 kiloparsecs de radio, que incluye no más del 10% de las estrellas de la Vía Láctea [6] , alrededor de 20 a 40 mil millones de estrellas. Gonzalez et al. [7] reduciría a la mitad estos números; estiman que como máximo el 5% de las estrellas de la Vía Láctea caen dentro de la zona habitable galáctica.
Aproximadamente el 77% de las galaxias observadas son espirales, [8] dos tercios de todas las galaxias espirales son barradas, y más de la mitad, como la Vía Láctea, exhiben múltiples brazos. [9] Según Rare Earth, nuestra propia galaxia es inusualmente silenciosa y oscura (ver abajo), representando solo el 7% de su tipo. [10] Aun así, esto todavía representaría más de 200 mil millones de galaxias en el universo conocido.
Nuestra galaxia también parece inusualmente favorable al sufrir menos colisiones con otras galaxias durante los últimos 10 mil millones de años, lo que puede causar más supernovas y otras perturbaciones. [11] Además, el agujero negro central de la Vía Láctea parece no tener ni demasiada ni muy poca actividad. [12]
La órbita del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea es, de hecho, casi perfectamente circular, con un período de 226 Ma (millones de años), muy similar al período de rotación de la galaxia. Sin embargo, la mayoría de las estrellas de las galaxias espirales barradas pueblan los brazos espirales en lugar del halo y tienden a moverse en órbitas alineadas gravitacionalmente, por lo que no hay nada inusual en la órbita del Sol. Si bien la hipótesis de las Tierras Raras predice que el Sol rara vez, o nunca, debería haber pasado por un brazo espiral desde su formación, la astrónoma Karen Masters ha calculado que la órbita del Sol lo lleva a través de un brazo espiral principal aproximadamente cada 100 millones de años. [13] Algunos investigadores han sugerido que varias extinciones masivas se corresponden de hecho con cruces previos de los brazos espirales. [14]
El ejemplo terrestre sugiere que la vida compleja requiere agua líquida, cuyo mantenimiento requiere una distancia orbital ni demasiado cercana ni demasiado lejana de la estrella central, otra escala de la zona habitable o principio de Ricitos de Oro . [15] La zona habitable varía con el tipo y la edad de la estrella.
Para que haya vida avanzada, la estrella también debe ser muy estable, lo que es típico de la vida de las estrellas intermedias, de unos 4.600 millones de años. La metalicidad y el tamaño adecuados también son importantes para la estabilidad. El Sol tiene una baja variación de luminosidad (0,1%) . Hasta la fecha, no se ha encontrado ninguna estrella gemela solar , con una variación de luminosidad exactamente igual a la del Sol, aunque algunas se acercan. La estrella tampoco debe tener compañeras estelares, como en los sistemas binarios , que alterarían las órbitas de cualquier planeta. Las estimaciones sugieren que el 50% o más de todos los sistemas estelares son binarios. [16] [17] [18] [19] Las estrellas se iluminan gradualmente con el tiempo y la vida animal tarda cientos de millones o miles de millones de años en evolucionar. El requisito de que un planeta permanezca en la zona habitable incluso cuando sus límites se alejan con el tiempo restringe el tamaño de lo que Ward y Brownlee llaman la "zona continuamente habitable" para los animales. Citan un cálculo que indica que es muy estrecho, entre 0,95 y 1,15 unidades astronómicas (una UA es la distancia entre la Tierra y el Sol), y argumentan que incluso esto puede ser demasiado grande porque se basa en toda la zona dentro de la cual puede existir agua líquida, y el agua cerca del punto de ebullición puede ser demasiado caliente para la vida animal. [20]
El agua líquida y otros gases disponibles en la zona habitable aportan el beneficio del efecto invernadero . Aunque la atmósfera de la Tierra contiene una concentración de vapor de agua de 0% (en regiones áridas) a 4% (en regiones de selva tropical y oceánicas) y, a partir de noviembre de 2022, solo 417,2 partes por millón de CO 2 , [21] estas pequeñas cantidades son suficientes para aumentar la temperatura media de la superficie en unos 40 °C, [22] siendo la contribución predominante el vapor de agua.
Los planetas rocosos deben orbitar dentro de la zona habitable para que se forme vida. Aunque la zona habitable de estrellas tan calientes como Sirio o Vega es amplia, las estrellas calientes también emiten mucha más radiación ultravioleta que ioniza cualquier atmósfera planetaria . Estas estrellas también pueden convertirse en gigantes rojas antes de que la vida avanzada evolucione en sus planetas. Estas consideraciones descartan las estrellas masivas y poderosas del tipo F6 a O (ver clasificación estelar ) como hogares para la vida metazoaria evolucionada .
Por el contrario, las pequeñas estrellas enanas rojas tienen pequeñas zonas habitables en las que los planetas están en bloqueo de marea , con un lado muy caliente siempre de cara a la estrella y otro lado muy frío siempre de cara al otro lado, y también tienen un mayor riesgo de erupciones solares (véase Aurelia ). Como tal, se discute si pueden albergar vida. Los defensores de las Tierras Raras afirman que solo las estrellas de los tipos F7 a K1 son hospitalarias. Tales estrellas son raras: las estrellas de tipo G como el Sol (entre la F más caliente y la K más fría) comprenden solo el 9% [23] de las estrellas que queman hidrógeno en la Vía Láctea.
También es poco probable que estrellas tan viejas como las gigantes rojas y las enanas blancas alberguen vida. Las gigantes rojas son comunes en cúmulos globulares y galaxias elípticas . Las enanas blancas son en su mayoría estrellas moribundas que ya han completado su fase de gigantes rojas. Las estrellas que se convierten en gigantes rojas se expanden hacia zonas habitables de su juventud y mediana edad o las sobrecalientan (aunque teóricamente los planetas a distancias mucho mayores pueden volverse habitables ).
Una producción de energía que varíe con la vida de la estrella probablemente impedirá la vida (por ejemplo, como las variables Cefeidas ). Una disminución repentina, aunque sea breve, puede congelar el agua de los planetas en órbita, y un aumento significativo puede evaporarla y causar un efecto invernadero que impida que los océanos se vuelvan a formar.
Toda vida conocida requiere la química compleja de los elementos metálicos . El espectro de absorción de una estrella revela la presencia de metales en su interior, y los estudios de los espectros estelares revelan que muchas estrellas, quizás la mayoría, son pobres en metales. Debido a que los metales pesados se originan en explosiones de supernovas , la metalicidad aumenta en el universo con el tiempo. La baja metalicidad caracteriza al universo primitivo: cúmulos globulares y otras estrellas que se formaron cuando el universo era joven, estrellas en la mayoría de las galaxias excepto las grandes espirales y estrellas en las regiones exteriores de todas las galaxias. Por lo tanto, se cree que las estrellas centrales ricas en metales capaces de sustentar una vida compleja son más comunes en las regiones menos densas de las galaxias espirales más grandes, donde la radiación también resulta ser débil. [24]
Los defensores de las tierras raras sostienen que un sistema planetario capaz de albergar vida compleja debe estar estructurado más o menos como el Sistema Solar, con planetas interiores pequeños y rocosos y gigantes gaseosos exteriores masivos. [25] Sin la protección de planetas como "aspiradoras celestiales", como Júpiter, con fuertes atracciones gravitacionales, otros planetas estarían sujetos a colisiones catastróficas de asteroides más frecuentes. Un asteroide de sólo el doble del tamaño del que causó la extinción del Cretácico-Paleógeno podría haber acabado con toda la vida compleja. [26]
Las observaciones de exoplanetas han demostrado que las formaciones de planetas similares a las del Sistema Solar son poco frecuentes. La mayoría de los sistemas planetarios tienen supertierras, varias veces más grandes que la Tierra, cerca de su estrella, mientras que la región interior del Sistema Solar tiene solo unos pocos planetas rocosos pequeños y ninguno dentro de la órbita de Mercurio. Solo el 10% de las estrellas tienen planetas gigantes similares a Júpiter y Saturno, y esos pocos rara vez tienen órbitas estables, casi circulares, alejadas de su estrella. Konstantin Batygin y sus colegas sostienen que estas características se pueden explicar si, al principio de la historia del Sistema Solar, Júpiter y Saturno se desplazaron hacia el Sol, enviando lluvias de planetesimales hacia las supertierras que las enviaron en espiral hacia el Sol y transportando bloques de construcción helados a la región terrestre del Sistema Solar que proporcionó los bloques de construcción para los planetas rocosos. Los dos planetas gigantes luego se alejaron nuevamente a sus posiciones actuales. En opinión de Batygin y sus colegas: "La concatenación de eventos aleatorios necesarios para esta delicada coreografía sugiere que los planetas rocosos pequeños similares a la Tierra -y tal vez la vida misma- podrían ser raros en todo el cosmos". [27]
Los defensores de las tierras raras sostienen que un gigante gaseoso tampoco debe estar demasiado cerca de un cuerpo en el que se esté desarrollando vida. La proximidad de uno o más gigantes gaseosos podría alterar la órbita de un posible planeta que albergue vida, ya sea directamente o desplazándose hacia la zona habitable.
La dinámica newtoniana puede producir órbitas planetarias caóticas , especialmente en un sistema que tiene planetas grandes con alta excentricidad orbital . [28]
La necesidad de órbitas estables descarta las estrellas con sistemas planetarios que contienen planetas grandes con órbitas cercanas a la estrella anfitriona (llamados " Júpiter calientes "). Se cree que los Júpiter calientes han migrado hacia el interior a sus órbitas actuales. En el proceso, habrían alterado catastróficamente las órbitas de cualquier planeta en la zona habitable. [29] Para agravar las cosas, los Júpiter calientes son mucho más comunes orbitando estrellas de clase F y G. [30]
La hipótesis de las Tierras Raras sostiene que la vida requiere planetas terrestres como la Tierra y, dado que los gigantes gaseosos carecen de dicha superficie, la vida compleja no puede surgir allí. [31]
Un planeta demasiado pequeño no puede mantener mucha atmósfera, lo que hace que su temperatura superficial sea baja y variable y que los océanos sean imposibles. Un planeta pequeño también tenderá a tener una superficie rugosa, con grandes montañas y cañones profundos. El núcleo se enfriará más rápido y la tectónica de placas puede ser breve o completamente inexistente. Un planeta demasiado grande mantendrá una atmósfera demasiado densa, como Venus . Aunque Venus es similar en tamaño y masa a la Tierra, su presión atmosférica superficial es 92 veces mayor que la de la Tierra y su temperatura superficial es de 735 K (462 °C; 863 °F). La Tierra primitiva alguna vez tuvo una atmósfera similar, pero puede haberla perdido en el evento de impacto gigante que formó la Luna . [32]
Los defensores de las tierras raras argumentan que la tectónica de placas y un fuerte campo magnético son esenciales para la biodiversidad , la regulación de la temperatura global y el ciclo del carbono . [33] La falta de cadenas montañosas en otras partes del Sistema Solar es evidencia de que la Tierra es el único cuerpo que ahora tiene tectónica de placas y, por lo tanto, el único capaz de sustentar vida. [34]
La tectónica de placas depende de la composición química adecuada y de una fuente duradera de calor proveniente de la desintegración radiactiva . Los continentes deben estar formados por rocas félsicas menos densas que "floten" sobre rocas máficas subyacentes más densas . Taylor [35] enfatiza que las zonas de subducción tectónica requieren la lubricación de océanos de agua. La tectónica de placas también proporciona un medio para el ciclo bioquímico . [36]
La tectónica de placas y, como resultado, la deriva continental y la creación de masas de tierra separadas crearían ecosistemas diversificados y biodiversidad , una de las defensas más fuertes contra la extinción. [37] Un ejemplo de diversificación de especies y posterior competencia en los continentes de la Tierra es el Gran Intercambio Americano . América del Norte y América Central se desplazaron hacia América del Sur alrededor de 3,5 a 3 Ma. La fauna de América del Sur ya había evolucionado por separado durante unos 30 millones de años, desde que la Antártida se separó, pero, después de la fusión, muchas especies fueron eliminadas, principalmente en América del Sur, por animales norteamericanos competidores .
La Luna es inusual porque los otros planetas rocosos del Sistema Solar no tienen satélites ( Mercurio y Venus ), o solo tienen satélites relativamente pequeños que probablemente son asteroides capturados ( Marte ). Después de Caronte , la Luna también es el satélite natural más grande del Sistema Solar en relación con el tamaño de su cuerpo original, siendo el 27% del tamaño de la Tierra. [38]
La teoría del impacto gigante plantea la hipótesis de que la Luna resultó del impacto de un cuerpo del tamaño de Marte , llamado Theia , con la joven Tierra. Este impacto gigante también le dio a la Tierra su inclinación axial (inclinación) y velocidad de rotación. [35] La rotación rápida reduce la variación diaria de la temperatura y hace viable la fotosíntesis . [39] La hipótesis de las Tierras Raras argumenta además que la inclinación axial no puede ser demasiado grande o demasiado pequeña (en relación con el plano orbital ). Un planeta con una gran inclinación experimentará variaciones estacionales extremas en el clima. Un planeta con poca o ninguna inclinación carecerá del estímulo para la evolución que proporciona la variación climática. [ cita requerida ] En esta visión, la inclinación de la Tierra es "justa". La gravedad de un satélite grande también estabiliza la inclinación del planeta; sin este efecto, la variación en la inclinación sería caótica , probablemente haciendo imposibles las formas de vida complejas en la tierra. [40]
Si la Tierra no tuviera Luna, las mareas oceánicas resultantes únicamente de la gravedad del Sol serían sólo la mitad de las mareas lunares. Un satélite grande da lugar a charcas de marea , que pueden ser esenciales para la formación de vida compleja , aunque esto está lejos de ser seguro. [41]
Un satélite de gran tamaño también aumenta la probabilidad de tectónica de placas a través del efecto de las fuerzas de marea sobre la corteza del planeta. [ cita requerida ] El impacto que formó la Luna también puede haber iniciado la tectónica de placas, sin la cual la corteza continental cubriría todo el planeta, sin dejar espacio para la corteza oceánica . [ cita requerida ] Es posible que la convección del manto a gran escala necesaria para impulsar la tectónica de placas no pudiera haber surgido si la corteza tuviera una composición uniforme. Otra teoría indica que una luna tan grande también puede contribuir a mantener el escudo magnético de un planeta al actuar continuamente sobre un núcleo planetario metálico como dinamo, protegiendo así la superficie del planeta de partículas cargadas y rayos cósmicos, y ayudando a garantizar que la atmósfera no sea despojada con el tiempo por los vientos solares. [ cita requerida ]
Un planeta terrestre debe tener el tamaño adecuado, como la Tierra y Venus, para retener una atmósfera. En la Tierra, una vez que el impacto gigante de Theia adelgazó la atmósfera terrestre , se necesitaron otros eventos para hacer que la atmósfera fuera capaz de sustentar la vida. El Bombardeo Pesado Tardío resembró la Tierra con el agua perdida después del impacto de Theia. [42] El desarrollo de una capa de ozono generó un escudo protector contra la luz solar ultravioleta (UV). [43] [44] El nitrógeno y el dióxido de carbono son necesarios en una proporción correcta para que se forme la vida. [45] Los rayos son necesarios para la fijación de nitrógeno . [46] El dióxido de carbono gaseoso necesario para la vida proviene de fuentes como volcanes y géiseres . El dióxido de carbono se necesita preferiblemente en niveles relativamente bajos (actualmente aproximadamente a 400 ppm en la Tierra) porque en niveles altos es venenoso. [47] [48] Se necesitan precipitaciones para tener un ciclo del agua estable. [49] Una atmósfera adecuada debe reducir la variación de temperatura diurna . [50] [51]
Independientemente de si los planetas con atributos físicos similares a la Tierra son raros o no, algunos argumentan que la vida tiende a no evolucionar hacia algo más complejo que simples bacterias sin ser provocada por circunstancias raras y específicas. El bioquímico Nick Lane sostiene que las células simples ( procariotas ) surgieron poco después de la formación de la Tierra, pero como casi la mitad de la vida del planeta había transcurrido antes de que evolucionaran hacia células complejas ( eucariotas ), todas las cuales comparten un ancestro común , este evento solo puede haber sucedido una vez. Según algunos puntos de vista, los procariotas carecen de la arquitectura celular para evolucionar hacia eucariotas porque una bacteria expandida hasta proporciones eucariotas tendría decenas de miles de veces menos energía disponible para impulsar su metabolismo. Hace dos mil millones de años, una célula simple se incorporó a otra, se multiplicó y evolucionó hacia mitocondrias que suministraron el gran aumento de energía disponible que permitió la evolución de la vida eucariota compleja. Si esta incorporación ocurrió solo una vez cada cuatro mil millones de años o es poco probable por alguna otra razón, entonces la vida en la mayoría de los planetas sigue siendo simple. [52] Una visión alternativa es que la evolución de las mitocondrias fue provocada por el medio ambiente y que los organismos que contenían mitocondrias aparecieron poco después de los primeros rastros de oxígeno atmosférico. [53]
La evolución y persistencia de la reproducción sexual es otro misterio en biología. El propósito de la reproducción sexual no está claro, ya que en muchos organismos tiene un costo del 50% (desventaja de aptitud) en relación con la reproducción asexual . [54] Los tipos de apareamiento (tipos de gametos , según su compatibilidad) pueden haber surgido como resultado de la anisogamia (dimorfismo de gametos), o los sexos masculino y femenino pueden haber evolucionado antes de la anisogamia. [55] [56] También se desconoce por qué la mayoría de los organismos sexuales utilizan un sistema de apareamiento binario , [57] y por qué algunos organismos tienen dimorfismo de gametos. Charles Darwin fue el primero en sugerir que la selección sexual impulsa la especiación ; sin ella, la vida compleja probablemente no habría evolucionado.
Aunque se considera que la vida en la Tierra se generó relativamente temprano en la historia del planeta, la evolución de organismos multicelulares a inteligentes tomó alrededor de 800 millones de años. [58] Las civilizaciones en la Tierra existen desde hace unos 12.000 años, y la comunicación por radio que llega al espacio existe desde hace poco más de 100 años. En relación con la edad del Sistema Solar (~4,57 Ga), este es un tiempo corto, en el que no hubo variaciones climáticas extremas, supervolcanes ni grandes impactos de meteoritos. Estos eventos dañarían gravemente la vida inteligente, así como la vida en general. Por ejemplo, la extinción masiva del Pérmico-Triásico , causada por erupciones volcánicas generalizadas y continuas en un área del tamaño de Europa Occidental, llevó a la extinción del 95% de las especies conocidas hace unos 251,2 Ma . Hace unos 65 millones de años, el impacto de Chicxulub en el límite Cretácico-Paleógeno (~65,5 Ma) en la península de Yucatán en México provocó una extinción masiva de las especies más avanzadas en ese momento.
La siguiente discusión es una adaptación de Cramer. [59] La ecuación de Tierras Raras es la respuesta de Ward y Brownlee a la ecuación de Drake . Calcula , el número de planetas similares a la Tierra en la Vía Láctea que tienen formas de vida complejas, como:
dónde:
Suponemos que . La hipótesis de las Tierras Raras puede entonces considerarse como la afirmación de que el producto de los otros nueve factores de la ecuación de las Tierras Raras que se enumeran a continuación, que son todos fracciones, no es mayor que 10 −10 y podría ser tan pequeño como 10 −12 . En el último caso, podría ser tan pequeño como 0 o 1. Ward y Brownlee en realidad no calculan el valor de , porque los valores numéricos de muchos de los factores que se indican a continuación solo pueden conjeturarse. No pueden estimarse simplemente porque tenemos un solo punto de datos : la Tierra, un planeta rocoso que orbita una estrella G2 en un tranquilo suburbio de una gran galaxia espiral barrada , y el hogar de la única especie inteligente que conocemos; es decir, nosotros mismos.
Lammer, Scherf et al. definen los hábitats similares a la Tierra (EHs) como exoplanetas rocosos dentro de la zona habitable de vida compleja (HZCL) en la que pueden existir atmósferas similares a la Tierra dominadas por N2-O2 con cantidades menores de CO2. Estiman que el número máximo de EHs en la Vía Láctea es , y el número real de EHs es posiblemente mucho menor que eso. [61] [62] Esto reduciría la ecuación de tierras raras a:
La ecuación de Tierras Raras, a diferencia de la ecuación de Drake , no tiene en cuenta la probabilidad de que la vida compleja evolucione hacia una vida inteligente que descubra tecnología. Barrow y Tipler analizan el consenso entre dichos biólogos de que el camino evolutivo desde los cordados cámbricos primitivos , por ejemplo, Pikaia hasta el Homo sapiens , fue un evento altamente improbable. Por ejemplo, los grandes cerebros de los humanos tienen marcadas desventajas adaptativas, ya que requieren un metabolismo costoso , un largo período de gestación y una infancia que dura más del 25% de la esperanza de vida total promedio. [63] Otras características improbables de los humanos incluyen:
Escritores que apoyan la hipótesis de las Tierras Raras:
Los argumentos en contra de la hipótesis de las tierras raras adoptan diversas formas.
La hipótesis concluye, más o menos, que la vida compleja es rara porque sólo puede evolucionar en la superficie de un planeta similar a la Tierra o en un satélite adecuado de un planeta. Algunos biólogos, como Jack Cohen , creen que esta suposición es demasiado restrictiva y poco imaginativa; la ven como una forma de razonamiento circular . [73] [ página necesaria ]
Según David Darling , la hipótesis de las Tierras Raras no es ni una hipótesis ni una predicción , sino simplemente una descripción de cómo surgió la vida en la Tierra. [74] En su opinión, Ward y Brownlee no han hecho más que seleccionar los factores que mejor se adaptan a su caso.
Lo que importa no es si hay algo inusual en la Tierra; habrá algo idiosincrásico en cada planeta del espacio. Lo que importa es si alguna de las circunstancias de la Tierra no sólo es inusual sino también esencial para la vida compleja. Hasta ahora no hemos visto nada que sugiera que lo sea. [75]
Los críticos también argumentan que existe un vínculo entre la hipótesis de las Tierras Raras y la idea no científica del diseño inteligente . [76]
Cada vez se descubren más planetas extrasolares , y al 24 de julio de 2024 se conocían 7026 planetas en 4949 sistemas planetarios. [77] Los defensores de las Tierras Raras sostienen que la vida no puede surgir fuera de sistemas similares al Sol, debido al bloqueo de mareas y la radiación ionizante fuera del rango F7-K1. Sin embargo, algunos exobiólogos han sugerido que las estrellas fuera de este rango pueden dar lugar a la vida en las circunstancias adecuadas; esta posibilidad es un punto central de controversia para la teoría porque estas estrellas de categorías K tardías y M representan aproximadamente el 82% de todas las estrellas que queman hidrógeno. [23]
La tecnología actual limita la comprobación de importantes criterios de tierras raras: el agua superficial, las placas tectónicas, una luna grande y las biofirmas son actualmente indetectables. Aunque los planetas del tamaño de la Tierra son difíciles de detectar y clasificar, los científicos ahora creen que los planetas rocosos son comunes alrededor de estrellas similares al Sol. [78] El índice de similitud con la Tierra (ESI) de masa, radio y temperatura proporciona un medio de medición, pero no cumple con todos los criterios de tierras raras. [79] [80]
Algunos sostienen que las estimaciones de Rare Earth sobre planetas rocosos en zonas habitables ( en la ecuación de Rare Earth) son demasiado restrictivas. James Kasting cita la ley de Titius-Bode para afirmar que es un nombre inapropiado describir las zonas habitables como estrechas cuando hay un 50% de posibilidades de que al menos un planeta orbite dentro de una. [82] En 2013, los astrónomos que utilizaron los datos del telescopio espacial Kepler estimaron que se espera que aproximadamente una quinta parte de las estrellas de tipo G y tipo K ( estrellas similares al Sol y enanas naranjas ) tengan un planeta del tamaño de la Tierra o de una supertierra (1–2 Tierras de ancho ) cerca de una órbita similar a la de la Tierra (0,25–4 F 🜨 ), [83] lo que produce alrededor de 8.8 mil millones de ellos para toda la Vía Láctea . [84] [85] [86]
El requisito de que un sistema tenga un planeta joviano como protector (factor de ecuación de Tierras Raras ) ha sido cuestionado, afectando el número de eventos de extinción propuestos (factor de ecuación de Tierras Raras ). La revisión de Kasting de 2001 de Tierras Raras cuestiona si un protector de Júpiter tiene alguna relación con la incidencia de la vida compleja. [87] Los modelos informáticos, incluidos el modelo Nice de 2005 y el modelo Nice 2 de 2007 , arrojan resultados no concluyentes en relación con la influencia gravitatoria de Júpiter y los impactos en los planetas interiores. [88] Un estudio de Horner y Jones (2008) utilizando simulación por computadora encontró que, si bien el efecto total en todos los cuerpos orbitales dentro del Sistema Solar no está claro, Júpiter ha causado más impactos en la Tierra de los que ha prevenido. [89] Se sabía que el cometa Lexell , un accidente cercano de 1770 que pasó más cerca de la Tierra que cualquier otro cometa en la historia registrada, fue causado por la influencia gravitatoria de Júpiter. [90]
Ward y Brownlee sostienen que para que evolucione la vida compleja (factor de ecuación de tierras raras ), la tectónica debe estar presente para generar ciclos biogeoquímicos , y predijeron que tales características geológicas no se encontrarían fuera de la Tierra, lo que apunta a una falta de cadenas montañosas observables y subducción . [92] Sin embargo, no hay consenso científico sobre la evolución de la tectónica de placas en la Tierra. Aunque se cree que el movimiento tectónico comenzó hace unos tres mil millones de años, [93] en ese momento la fotosíntesis y la oxigenación ya habían comenzado. Además, estudios recientes apuntan a la tectónica de placas como un fenómeno planetario episódico, y que la vida puede evolucionar durante períodos de "tapa estancada" en lugar de estados tectónicos de placas. [94]
Evidencias recientes también apuntan a que se ha producido o sigue produciéndose una actividad similar en otros lugares. Por ejemplo, se ha descubierto que la geología de Plutón , descrita por Ward y Brownlee como "sin montañas ni volcanes... desprovista de actividad volcánica", [24] es todo lo contrario, con una superficie geológicamente activa que posee moléculas orgánicas [95] y cadenas montañosas [96] como Tenzing Montes y Hillary Montes comparables en tamaño relativo a las de la Tierra, y las observaciones sugieren la participación de procesos endógenos. [97] Se ha sugerido la tectónica de placas como hipótesis para la dicotomía marciana , y en 2012 el geólogo An Yin presentó pruebas de tectónica de placas activa en Marte . [98] Desde hace tiempo se sospecha que Europa tiene tectónica de placas [99] y en 2014 la NASA anunció pruebas de subducción activa. [100] Al igual que Europa, el análisis de la superficie de la mayor luna de Júpiter, Ganímedes , y de los materiales superficiales de posible origen endógeno sugieren que allí también se ha producido tectónica de placas. [101] [102] En 2017, los científicos que estudian la geología de Caronte confirmaron que la tectónica de placas heladas también ha operado en la mayor luna de Plutón. [103] Desde 2017, varios estudios de la geodinámica de Venus también han descubierto que, contrariamente a la opinión de que la litosfera de Venus es estática, en realidad se está deformando a través de procesos activos similares a la tectónica de placas, aunque con menos subducción, lo que implica que la geodinámica no es una ocurrencia rara en cuerpos del tamaño de la Tierra . [104] [105]
Kasting sugiere que no hay nada inusual en la ocurrencia de tectónica de placas en grandes planetas rocosos y agua líquida en la superficie ya que la mayoría debería generar calor interno incluso sin la ayuda de elementos radiactivos. [87] Los estudios de Valencia [106] y Cowan [107] sugieren que la tectónica de placas puede ser inevitable para planetas terrestres del tamaño de la Tierra o más grandes, es decir, Supertierras , que ahora se sabe que son más comunes en los sistemas planetarios. [108]
La hipótesis de que el oxígeno molecular , necesario para la vida animal , es escaso y que un Gran Evento de Oxigenación (factor de la ecuación de Tierras Raras ) sólo pudo haber sido desencadenado y sostenido por la tectónica, parece haber sido invalidada por descubrimientos más recientes.
Ward y Brownlee se preguntan "si la oxigenación, y por lo tanto el surgimiento de los animales, alguna vez habría ocurrido en un mundo donde no había continentes que erosionar". [109] Recientemente se ha detectado oxígeno libre extraterrestre alrededor de otros objetos sólidos, incluidos Mercurio, [110] Venus, [111] Marte, [112] las cuatro lunas galileanas de Júpiter , [113] las lunas de Saturno Encélado, [114] Dione [115] [116] y Rea [117] e incluso la atmósfera de un cometa. [118] Esto ha llevado a los científicos a especular sobre si otros procesos además de la fotosíntesis podrían ser capaces de generar un entorno rico en oxígeno libre. Wordsworth (2014) concluye que el oxígeno generado por otros medios que no sean la fotodisociación puede ser probable en exoplanetas similares a la Tierra, y en realidad podría conducir a detecciones de vida con falsos positivos. [119] Narita (2015) sugiere la fotocatálisis por dióxido de titanio como un mecanismo geoquímico para producir atmósferas de oxígeno. [120]
Desde la afirmación de Ward y Brownlee de que "existe evidencia irrefutable de que el oxígeno es un ingrediente necesario para la vida animal", [109] se han encontrado metazoos anaeróbicos que efectivamente metabolizan sin oxígeno. Spinoloricus cinziae , por ejemplo, una especie descubierta en la cuenca anóxica hipersalina de L'Atalante en el fondo del mar Mediterráneo en 2010, parece metabolizar con hidrógeno, careciendo de mitocondrias y en su lugar utilizando hidrogenosomas . [121] [122] Los estudios desde 2015 del género eucariota Monocercomonoides que carece de orgánulos mitocondriales también son significativos, ya que no hay signos detectables de que las mitocondrias sean parte del organismo. [123] Desde entonces, se han identificado más eucariotas, particularmente parásitos , que carecen por completo de genoma mitocondrial, como el descubrimiento de 2020 en Henneguya zschokkei . [124] Investigaciones adicionales sobre las vías metabólicas alternativas utilizadas por estos organismos parecen presentar más problemas para la premisa.
Stevenson (2015) ha propuesto otras alternativas de membrana para la vida compleja en mundos sin oxígeno. [125] En 2017, científicos del Instituto de Astrobiología de la NASA descubrieron las precondiciones químicas necesarias para la formación de azotosomas en la luna Titán de Saturno, un mundo que carece de oxígeno atmosférico. [126] Estudios independientes de Schirrmeister y Mills concluyeron que la vida multicelular de la Tierra existía antes del Gran Evento de Oxigenación, no como consecuencia de él. [127] [128]
Los científicos de la NASA Hartman y McKay sostienen que la tectónica de placas puede, de hecho, ralentizar el aumento de la oxigenación (y, por lo tanto, obstaculizar la vida compleja en lugar de promoverla). [129] El modelado informático realizado por Tilman Spohn en 2014 descubrió que la tectónica de placas en la Tierra puede haber surgido de los efectos del surgimiento de la vida compleja, en lugar de lo contrario, como podría sugerir la Tierra Rara. La acción de los líquenes sobre la roca puede haber contribuido a la formación de zonas de subducción en presencia de agua. [130] Kasting sostiene que si la oxigenación causó la explosión cámbrica, entonces cualquier planeta con oxígeno produciendo fotosíntesis debería tener vida compleja. [131]
La importancia del campo magnético de la Tierra para el desarrollo de la vida compleja ha sido objeto de debate. El origen del campo magnético de la Tierra sigue siendo un misterio [132], aunque la presencia de una magnetosfera parece ser relativamente común en los objetos de mayor masa planetaria, ya que todos los planetas del Sistema Solar más grandes que la Tierra poseen una. [133] Cada vez hay más pruebas de actividad magnética presente o pasada en cuerpos terrestres como la Luna, Ganímedes, Mercurio y Marte. [134] Sin suficientes mediciones, los estudios actuales dependen en gran medida de los métodos de modelado desarrollados en 2006 por Olson y Christensen para predecir la intensidad del campo. [135] Utilizando una muestra de 496 planetas, estos modelos predicen que Kepler-186f sería uno de los pocos planetas del tamaño de la Tierra que soportaría una magnetosfera (aunque un campo de este tipo alrededor de este planeta no ha sido confirmado hasta el momento). [135] Sin embargo, la evidencia empírica reciente actual apunta a la existencia de campos mucho más grandes y poderosos que los que se encuentran en nuestro Sistema Solar, algunos de los cuales no pueden explicarse mediante estos modelos. [136] [137]
Kasting sostiene que la atmósfera proporciona suficiente protección contra los rayos cósmicos incluso durante épocas de inversión de los polos magnéticos y pérdida de atmósfera por chisporroteo. [87] Kasting también descarta el papel del campo magnético en la evolución de los eucariotas, citando la edad de los magnetofósiles más antiguos conocidos . [138]
También se ha cuestionado el requisito de una luna grande (factor de ecuación de tierras raras ). Incluso si fuera necesario, tal ocurrencia podría no ser tan única como predice la Hipótesis de Tierras Raras. El trabajo de Edward Belbruno y J. Richard Gott de la Universidad de Princeton sugiere que los impactadores gigantes como los que pueden haber formado la Luna pueden de hecho formarse en puntos troyanos planetarios ( punto de Lagrange L 4 o L 5 ), lo que significa que pueden ocurrir circunstancias similares en otros sistemas planetarios. [139]
La afirmación de que la estabilización de la oblicuidad y el giro de la Tierra por parte de la Luna es un requisito para la vida compleja ha sido cuestionada. Kasting sostiene que una Tierra sin Luna aún poseería hábitats con climas adecuados para la vida compleja y cuestiona si se puede predecir la velocidad de giro de una Tierra sin Luna. [87] Aunque la teoría del impacto gigante postula que el impacto que formó la Luna aumentó la velocidad de rotación de la Tierra para hacer que un día dure aproximadamente 5 horas, la Luna ha " robado " lentamente gran parte de esta velocidad para reducir el día solar de la Tierra desde entonces a aproximadamente 24 horas y continúa haciéndolo: en 100 millones de años, el día solar de la Tierra será de aproximadamente 24 horas 38 minutos (lo mismo que el día solar de Marte); en 1.000 millones de años, 30 horas 23 minutos. Los cuerpos secundarios más grandes ejercerían fuerzas de marea proporcionalmente mayores que a su vez desacelerarían sus primarios más rápido y potencialmente aumentarían el día solar de un planeta en todos los demás aspectos como la Tierra a más de 120 horas en unos pocos miles de millones de años. Este largo día solar dificultaría enormemente la disipación eficaz del calor para los organismos de los trópicos y subtrópicos, de manera similar a la fijación por mareas en una estrella enana roja. Los días cortos (alta velocidad de rotación) provocan vientos de alta velocidad a nivel del suelo. Los días largos (baja velocidad de rotación) provocan temperaturas diurnas y nocturnas demasiado extremas. [140]
Muchos defensores de las tierras raras argumentan que la tectónica de placas de la Tierra probablemente no existiría si no fuera por las fuerzas de marea de la Luna o el impacto de Theia (prolongando los efectos del manto). [141] [142] La hipótesis de que la influencia de las mareas de la Luna inició o sostuvo la tectónica de placas de la Tierra sigue sin demostrarse, aunque al menos un estudio implica una correlación temporal con la formación de la Luna. [143] La evidencia de la existencia pasada de tectónica de placas en planetas como Marte [144] que puede que nunca haya tenido una luna grande contrarrestaría este argumento, aunque la tectónica de placas puede desaparecer de todos modos antes de que una luna sea relevante para la vida. [141] [142] Kasting argumenta que no se requiere una luna grande para iniciar la tectónica de placas. [87]
Los defensores de las tierras raras sostienen que la vida simple puede ser común, aunque la vida compleja requiere condiciones ambientales específicas para surgir. Los críticos consideran que la vida podría surgir en una luna de un gigante gaseoso, aunque esto es menos probable si la vida requiere volcanicidad. La luna debe tener tensiones para inducir el calentamiento de marea, pero no tan dramático como el visto en Ío de Júpiter. Sin embargo, la luna está dentro de los cinturones de radiación intensa del gigante gaseoso, esterilizando cualquier biodiversidad antes de que pueda establecerse. Dirk Schulze-Makuch lo disputa, planteando la hipótesis de bioquímicas alternativas para la vida extraterrestre. [145] Mientras que los defensores de las tierras raras argumentan que solo los extremófilos microbianos podrían existir en hábitats subterráneos más allá de la Tierra, algunos sostienen que la vida compleja también puede surgir en estos entornos. Ejemplos de animales extremófilos como Hesiocaeca methanicola , un animal que habita en el fondo del océano, sustancias clatratos de metano que se encuentran más comúnmente en el Sistema Solar exterior, los tardígrados que pueden sobrevivir en el vacío del espacio [146] o Halicephalobus mephisto que existe en una presión aplastante, temperaturas abrasadoras y niveles extremadamente bajos de oxígeno a 3,6 kilómetros (2,2 millas) de profundidad en la corteza terrestre, [147] son citados a veces por los críticos como vida compleja capaz de prosperar en entornos "alienígenas". Jill Tarter contrarresta el contraargumento clásico de que estas especies se adaptaron a estos entornos en lugar de surgir en ellos, sugiriendo que no podemos asumir condiciones para que surgiera la vida que en realidad no se conocen. [148] Hay sugerencias de que la vida compleja podría surgir en condiciones subterráneas que pueden ser similares a aquellas en las que la vida puede haber surgido en la Tierra, como las subsuperficies calentadas por las mareas de Europa o Encélado. [149] [150] Los ecosistemas circunvalantes antiguos como estos sustentan formas de vida complejas en la Tierra, como Riftia pachyptila , que existen de forma completamente independiente de la biosfera de la superficie. [151]
los largos y pacíficos períodos que ofrece el escudo de Júpiter, la vida inteligente en la Tierra nunca habría podido afianzarse.
Principales resultados de simulación observados: [1] La presencia de resonancias de movimiento medio de alto orden para grandes valores de excentricidad de planetas gigantes [2] El caos dominó la dinámica dentro de la(s) zona(s) habitable(s) a grandes valores de masa de planetas gigantes.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)El ciclo de mareas, similar al mecanismo de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), solo podría replicar y amplificar polímeros similares al ADN. Este mecanismo sugiere restricciones a la evolución de la vida extraterrestre.Se enseña de forma menos formal aquí: Schombert, James. "Origen de la vida". Universidad de Oregón . Consultado el 31 de octubre de 2007.
Con la inmensidad de los océanos de la Tierra, es estadísticamente muy improbable que estas primeras proteínas se unieran alguna vez. La solución es que las enormes mareas de la Luna produjeron charcas de marea interiores, que se llenarían y evaporarían de forma regular para producir altas concentraciones de aminoácidos.
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