La astrobiología es un campo científico dentro de las ciencias de la vida y ambientales que estudia los orígenes , la evolución temprana , la distribución y el futuro de la vida en el universo mediante la investigación de sus condiciones deterministas y eventos contingentes. [2] Como disciplina, la astrobiología se basa en la premisa de que puede existir vida más allá de la Tierra. [3]
La investigación en astrobiología comprende tres áreas principales: el estudio de ambientes habitables en el Sistema Solar y más allá, la búsqueda de biofirmas planetarias de vida extraterrestre pasada o presente, y el estudio del origen y evolución temprana de la vida en la Tierra.
El campo de la astrobiología tiene sus orígenes en el siglo XX con la llegada de la exploración espacial y el descubrimiento de exoplanetas . Las primeras investigaciones en astrobiología se centraron en la búsqueda de vida extraterrestre y el estudio del potencial de que exista vida en otros planetas. [2] En las décadas de 1960 y 1970, la NASA comenzó sus actividades de astrobiología dentro del programa Viking , que fue la primera misión estadounidense en aterrizar en Marte y buscar signos de vida . [4] Esta misión, junto con otras primeras misiones de exploración espacial, sentó las bases para el desarrollo de la astrobiología como disciplina.
En cuanto a los entornos habitables , la astrobiología investiga ubicaciones potenciales más allá de la Tierra que podrían albergar vida, como Marte , Europa y exoplanetas , a través de la investigación de los extremófilos que pueblan los entornos austeros de la Tierra, como los entornos volcánicos y de aguas profundas. La investigación dentro de este tema se lleva a cabo utilizando la metodología de las geociencias, especialmente la geobiología , para aplicaciones astrobiológicas.
La búsqueda de biofirmas implica la identificación de signos de vida pasada o presente en forma de compuestos orgánicos , proporciones isotópicas o fósiles microbianos. La investigación dentro de este tema se lleva a cabo utilizando la metodología de las ciencias planetarias y ambientales , especialmente las ciencias atmosféricas , para aplicaciones astrobiológicas, y a menudo se lleva a cabo mediante sensores remotos y misiones in situ.
La astrobiología también se ocupa del estudio del origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra para intentar comprender las condiciones necesarias para que se forme vida en otros planetas. [5] Esta investigación busca comprender cómo surgió la vida a partir de materia no viva y cómo evolucionó hasta convertirse en la diversa gama de organismos que vemos hoy. La investigación dentro de este tema se lleva a cabo utilizando la metodología de las paleociencias, especialmente la paleobiología , para aplicaciones astrobiológicas.
La astrobiología es un campo en rápido desarrollo con un fuerte aspecto interdisciplinario que presenta muchos desafíos y oportunidades para los científicos. Los programas y centros de investigación de astrobiología están presentes en muchas universidades e instituciones de investigación de todo el mundo, y agencias espaciales como la NASA y la ESA tienen departamentos y programas dedicados a la investigación de astrobiología.
El término astrobiología fue propuesto por primera vez por el astrónomo ruso Gavriil Tikhov en 1953. [6] Etimológicamente se deriva del griego ἄστρον , "estrella"; βίος , "vida"; y -λογία , -logia , "estudio". Un sinónimo cercano es exobiología del griego Έξω, "externo"; βίος , "vida"; y -λογία , -logia , "estudio", acuñado por el biólogo molecular estadounidense Joshua Lederberg ; Se considera que la exobiología tiene un alcance limitado limitado a la búsqueda de vida fuera de la Tierra. [7] Otro término asociado es xenobiología , del griego ξένος, "extranjero"; βίος , "vida"; y -λογία, "estudio", acuñado por el escritor estadounidense de ciencia ficción Robert Heinlein en su obra The Star Beast ; [8] La xenobiología se utiliza ahora en un sentido más especializado, refiriéndose a la "biología basada en química extraña", ya sea de origen extraterrestre o terrestre (típicamente sintético). [9]
Si bien el potencial de vida extraterrestre, especialmente vida inteligente, ha sido explorado a lo largo de la historia humana dentro de la filosofía y la narrativa, la pregunta es una hipótesis verificable y, por lo tanto, una línea válida de investigación científica ; [10] [11] El científico planetario David Grinspoon lo llama un campo de la filosofía natural, que fundamenta la especulación sobre lo desconocido en la teoría científica conocida. [12]
El campo moderno de la astrobiología se remonta a las décadas de 1950 y 1960 con la llegada de la exploración espacial , cuando los científicos comenzaron a considerar seriamente la posibilidad de vida en otros planetas. En 1957, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 , el primer satélite artificial, que marcó el inicio de la Era Espacial . Este evento llevó a un aumento en el estudio del potencial de vida en otros planetas, ya que los científicos comenzaron a considerar las posibilidades que abre la nueva tecnología de exploración espacial. En 1959, la NASA financió su primer proyecto de exobiología y en 1960, la NASA fundó el Programa de Exobiología, ahora uno de los cuatro elementos principales del actual Programa de Astrobiología de la NASA. [13] En 1971, la NASA financió el Proyecto Cyclops , [14] parte de la búsqueda de inteligencia extraterrestre , para buscar en frecuencias de radio del espectro electromagnético comunicaciones interestelares transmitidas por vida extraterrestre fuera del Sistema Solar. En las décadas de 1960 y 1970, la NASA estableció el programa Viking , que fue la primera misión estadounidense que aterrizó en Marte y buscó signos metabólicos de vida actual; los resultados no fueron concluyentes.
En las décadas de 1980 y 1990, el campo comenzó a expandirse y diversificarse a medida que surgían nuevos descubrimientos y tecnologías. El descubrimiento de vida microbiana en ambientes extremos de la Tierra, como los respiraderos hidrotermales de las profundidades marinas, ayudó a aclarar la viabilidad de que exista vida potencial en condiciones difíciles. El desarrollo de nuevas técnicas para la detección de biofirmas, como el uso de isótopos estables, también jugó un papel importante en la evolución de este campo.
El panorama contemporáneo de la astrobiología surgió a principios del siglo XXI, centrado en la utilización de las ciencias de la Tierra y el medio ambiente para aplicaciones en entornos espaciales comparables. Las misiones incluyeron el Beagle 2 de la ESA , que falló minutos después de aterrizar en Marte, el módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA , que sondeó el medio ambiente en busca de la habitabilidad planetaria pasada y presente de la vida microbiana en Marte e investigó la historia del agua, y el rover Curiosity de la NASA , que actualmente investiga el medio ambiente. para la habitabilidad planetaria pasada y presente de la vida microbiana en Marte.
La investigación astrobiológica parte de una serie de suposiciones simplificadoras al estudiar los componentes necesarios para la habitabilidad planetaria.
Carbono y compuestos orgánicos : El carbono es el cuarto elemento más abundante en el universo y la energía necesaria para establecer o romper un enlace está en el nivel adecuado para construir moléculas que no sólo sean estables, sino también reactivas. El hecho de que los átomos de carbono se unan fácilmente a otros átomos de carbono permite la formación de moléculas extremadamente largas y complejas. Como tal, la investigación astrobiológica supone que la gran mayoría de las formas de vida en la Vía Láctea se basan en la química del carbono , al igual que todas las formas de vida en la Tierra. [15] [16] Sin embargo, la astrobiología teórica considera el potencial de otras bases moleculares orgánicas para la vida, por lo que la investigación astrobiológica a menudo se centra en identificar entornos que tienen el potencial de sustentar la vida basándose en la presencia de compuestos orgánicos.
Agua líquida : El agua líquida es una molécula común que proporciona un entorno excelente para la formación de moléculas complicadas a base de carbono y, en general, se considera necesaria para que exista la vida tal como la conocemos. Por lo tanto, la investigación astrobiológica supone que la vida extraterrestre depende de manera similar del acceso al agua líquida y, a menudo, se centra en identificar entornos que tienen el potencial de sustentar agua líquida. [17] [18] Algunos investigadores postulan ambientes de mezclas de agua y amoníaco como posibles disolventes para tipos hipotéticos de bioquímica . [19]
Estabilidad ambiental : cuando los organismos evolucionan de forma adaptativa a las condiciones de los entornos en los que residen, la estabilidad ambiental se considera necesaria para que exista la vida. Esto presupone la necesidad de una temperatura , presión y niveles de radiación estables; Como resultado, la investigación astrobiológica se centra en planetas que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas similares al Sol . [20] [16] Esto se debe a que las estrellas muy grandes tienen vidas relativamente cortas, lo que significa que es posible que la vida no tenga tiempo de emerger en los planetas que las orbitan; las estrellas muy pequeñas proporcionan tan poco calor que sólo los planetas en órbitas muy cercanas a su alrededor no quedarían congelados, y en órbitas tan cercanas estos planetas quedarían atrapados por las mareas en la estrella; [21] Considerando que la larga vida útil de las enanas rojas podría permitir el desarrollo de entornos habitables en planetas con atmósferas espesas. [22] Esto es importante ya que las enanas rojas son extremadamente comunes. ( Ver también : Habitabilidad de los sistemas enanos rojos ).
Fuente de energía : Se supone que cualquier vida en otras partes del universo también requeriría una fuente de energía. Anteriormente, se suponía que necesariamente provendría de una estrella similar al Sol , sin embargo, con los avances en la investigación de extremófilos , la investigación astrobiológica contemporánea a menudo se centra en identificar entornos que tienen el potencial de sustentar la vida en función de la disponibilidad de una fuente de energía, como la Presencia de actividad volcánica en un planeta o luna que podría proporcionar una fuente de calor y energía.
Es importante señalar que estas suposiciones se basan en nuestra comprensión actual de la vida en la Tierra y las condiciones bajo las cuales puede existir. A medida que evoluciona nuestra comprensión de la vida y el potencial de que exista en diferentes entornos, estos supuestos pueden cambiar.
La investigación astrobiológica relacionada con el estudio de entornos habitables en nuestro sistema solar y más allá utiliza métodos dentro de las geociencias. La investigación dentro de esta rama se refiere principalmente a la geobiología de organismos que pueden sobrevivir en ambientes extremos de la Tierra, como ambientes volcánicos o de aguas profundas, para comprender los límites de la vida y las condiciones bajo las cuales la vida podría sobrevivir en otros planetas. Esto incluye, entre otros;
Extremófilos de aguas profundas : los investigadores están estudiando organismos que viven en ambientes extremos de respiraderos hidrotermales y filtraciones frías de aguas profundas. [23] Estos organismos sobreviven en ausencia de luz solar, y algunos son capaces de sobrevivir en altas temperaturas y presiones, y utilizan energía química en lugar de luz solar para producir alimentos.
Extremófilos del desierto : los investigadores están estudiando organismos que pueden sobrevivir en condiciones extremas de sequía y altas temperaturas, como en los desiertos. [24]
Microbios en ambientes extremos : los investigadores están investigando la diversidad y actividad de los microorganismos en ambientes como minas profundas, suelos subterráneos, glaciares fríos [25] y hielo polar, [26] y ambientes de gran altitud.
La investigación también se refiere a la supervivencia a largo plazo de la vida en la Tierra y las posibilidades y peligros de la vida en otros planetas, incluidos;
Biodiversidad y resiliencia de los ecosistemas : los científicos están estudiando cómo la diversidad de la vida y las interacciones entre diferentes especies contribuyen a la resiliencia de los ecosistemas y su capacidad para recuperarse de las perturbaciones. [27]
Cambio climático y extinción : los investigadores están investigando los impactos del cambio climático en diferentes especies y ecosistemas, y cómo pueden conducir a la extinción o la adaptación. [28] Esto incluye la evolución del clima y la geología de la Tierra, y su impacto potencial en la habitabilidad del planeta en el futuro, especialmente para los humanos.
Impacto humano en la biosfera : los científicos están estudiando las formas en que las actividades humanas, como la deforestación, la contaminación y la introducción de especies invasoras, están afectando la biosfera y la supervivencia a largo plazo de la vida en la Tierra. [29]
Preservación de la vida a largo plazo : Los investigadores están explorando formas de preservar muestras de vida en la Tierra durante largos períodos de tiempo, como la criopreservación y la preservación genómica, en caso de un evento catastrófico que podría acabar con la mayor parte de la vida en la Tierra. [30]
Las investigaciones astrobiológicas emergentes relacionadas con la búsqueda de biofirmas planetarias de vida extraterrestre pasada o presente utilizan metodologías dentro de las ciencias planetarias. Éstas incluyen;
El estudio de la vida microbiana en el subsuelo de Marte :
Los científicos están utilizando datos de las misiones de los rovers a Marte para estudiar la composición del subsuelo de Marte, en busca de firmas biológicas de vida microbiana pasada o presente. [31] El estudio de los océanos subterráneos en lunas heladas :
Los descubrimientos de océanos subterráneos en lunas como Europa [32] [33] [34] y Encelado [35] [36] mostraron zonas de habitabilidad, lo que las convierte en objetivos viables para la búsqueda de vida extraterrestre. Actualmente, [ ¿cuándo? ] Se planearon misiones como Europa Clipper para buscar biofirmas dentro de estos entornos.
El estudio de las atmósferas de los planetas :
Los científicos están estudiando el potencial de que exista vida en las atmósferas de los planetas, centrándose en el estudio de las condiciones físicas y químicas necesarias para que exista dicha vida, es decir, la detección de moléculas orgánicas y gases con firma biológica; por ejemplo, el estudio de la posibilidad de vida en las atmósferas de exoplanetas que orbitan alrededor de enanas rojas y el estudio del potencial de vida microbiana en la atmósfera superior de Venus. [37]
Telescopios y teledetección de exoplanetas : El descubrimiento de miles de exoplanetas ha abierto nuevas oportunidades para la búsqueda de biofirmas. Los científicos están utilizando telescopios como el telescopio espacial James Webb y el satélite de estudio de exoplanetas en tránsito para buscar firmas biológicas en exoplanetas. También están desarrollando nuevas técnicas para la detección de biofirmas, como el uso de la teledetección para buscar biofirmas en la atmósfera de exoplanetas. [38]
SETI y CETI :
Los científicos buscan señales de civilizaciones extraterrestres inteligentes utilizando radiotelescopios y telescopios ópticos dentro del campo de las comunicaciones de inteligencia extraterrestre (CETI). CETI se centra en componer y descifrar mensajes que teóricamente podrían ser entendidos por otra civilización tecnológica. Los intentos de comunicación por parte de los humanos han incluido la transmisión de lenguajes matemáticos, sistemas pictóricos como el mensaje de Arecibo y enfoques computacionales para detectar y descifrar la comunicación en lenguaje "natural". Mientras que algunos científicos de alto perfil, como Carl Sagan , han abogado por la transmisión de mensajes, [39] [40] el físico teórico Stephen Hawking advirtió contra ella, sugiriendo que los extraterrestres podrían atacar la Tierra en busca de sus recursos. [41]
La investigación astrobiológica emergente sobre el estudio del origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra utiliza metodologías dentro de las paleociencias. Éstas incluyen;
El estudio de la atmósfera primitiva : Los investigadores están investigando el papel de la atmósfera primitiva a la hora de proporcionar las condiciones adecuadas para el surgimiento de la vida, como la presencia de gases que podrían haber ayudado a estabilizar el clima y la formación de moléculas orgánicas. [42]
El estudio del campo magnético primitivo : Los investigadores están investigando el papel del campo magnético primitivo a la hora de proteger a la Tierra de la radiación nociva y ayudar a estabilizar el clima. [43] Esta investigación tiene inmensas implicaciones astrobiológicas donde los temas de la investigación astrobiológica actual como Marte carecen de ese campo.
El estudio de la química prebiótica : los científicos están estudiando las reacciones químicas que podrían haber ocurrido en la Tierra primitiva y que condujeron a la formación de los componentes básicos de la vida (aminoácidos, nucleótidos y lípidos) y cómo estas moléculas podrían haberse formado espontáneamente en tiempos tempranos. Condiciones de la tierra. [44]
El estudio de los impactos : Los científicos están investigando el papel potencial de los impactos, especialmente los meteoritos, en el transporte de agua y moléculas orgánicas a la Tierra primitiva. [45]
El estudio de la sopa primordial :
Los investigadores están investigando las condiciones y los ingredientes que estaban presentes en la Tierra primitiva que podrían haber llevado a la formación de los primeros organismos vivos, como la presencia de agua y moléculas orgánicas, y cómo estos ingredientes podrían haber llevado a la formación de los primeros organismos vivos. [46] Esto incluye el papel del agua en la formación de las primeras células y en la catalización de reacciones químicas.
El estudio del papel de los minerales : Los científicos están investigando el papel de minerales como la arcilla como catalizadores de la formación de moléculas orgánicas, desempeñando así un papel en el surgimiento de la vida en la Tierra. [47]
El estudio del papel de la energía y la electricidad : Los científicos están investigando las posibles fuentes de energía y electricidad que podrían haber estado disponibles en la Tierra primitiva y su papel en la formación de moléculas orgánicas y, por tanto, en el surgimiento de la vida. [48]
El estudio de los primeros océanos : Los científicos están investigando la composición y la química de los primeros océanos y cómo pudieron haber desempeñado un papel en el surgimiento de la vida, como la presencia de minerales disueltos que podrían haber ayudado a catalizar la formación de moléculas orgánicas. . [49]
El estudio de los respiraderos hidrotermales : Los científicos están investigando el papel potencial de los respiraderos hidrotermales en el origen de la vida, ya que estos entornos pueden haber proporcionado la energía y los componentes químicos necesarios para su aparición. [50]
El estudio de la tectónica de placas : los científicos están investigando el papel de la tectónica de placas en la creación de una amplia gama de entornos en la Tierra primitiva. [51]
El estudio de la biosfera primitiva : Los investigadores están investigando la diversidad y actividad de los microorganismos en la Tierra primitiva, y cómo estos organismos pueden haber desempeñado un papel en el surgimiento de la vida. [52]
El estudio de los fósiles microbianos : Los científicos están investigando la presencia de fósiles microbianos en rocas antiguas, que pueden proporcionar pistas sobre la evolución temprana de la vida en la Tierra y la aparición de los primeros organismos. [53]
La búsqueda sistemática de posible vida fuera de la Tierra es un esfuerzo científico multidisciplinario válido. [54] Sin embargo, las hipótesis y predicciones sobre su existencia y origen varían ampliamente y, en la actualidad, el desarrollo de hipótesis firmemente basadas en la ciencia puede considerarse la aplicación práctica más concreta de la astrobiología. Se ha propuesto que es probable que se encuentren virus en otros planetas con vida, [55] [56] y que pueden estar presentes incluso si no hay células biológicas. [57]
Hasta 2019 [actualizar], no se ha identificado ninguna evidencia de vida extraterrestre. [58] David McKay , al igual que algunos otros científicos, cree que el examen del meteorito Allan Hills 84001 , que fue recuperado en la Antártida en 1984 y se originó en Marte , contiene microfósiles de origen extraterrestre; Esta interpretación es controvertida. [59] [60] [61]
Yamato 000593 , el segundo meteorito más grande de Marte , fue encontrado en la Tierra en 2000. A nivel microscópico, en el meteorito se encuentran esferas ricas en carbono en comparación con las áreas circundantes que carecen de dichas esferas. Según algunos científicos de la NASA, las esferas ricas en carbono pueden haberse formado por actividad biótica . [62] [63] [64]
El 5 de marzo de 2011, Richard B. Hoover , un científico del Centro Marshall de Vuelos Espaciales , especuló sobre el hallazgo de supuestos microfósiles similares a las cianobacterias en meteoritos carbonosos CI1 en el marginal Journal of Cosmology , una historia ampliamente difundida por los principales medios de comunicación . [65] [66] Sin embargo, la NASA se distanció formalmente de la afirmación de Hoover. [67] Según el astrofísico estadounidense Neil deGrasse Tyson : "Por el momento, la vida en la Tierra es la única vida conocida en el universo, pero hay argumentos convincentes que sugieren que no estamos solos". [68]
La mayoría de las investigaciones astrobiológicas relacionadas con la astronomía entran en la categoría de detección de planetas extrasolares (exoplanetas), siendo la hipótesis que si la vida surgió en la Tierra, también podría surgir en otros planetas con características similares. Para ello, se han considerado una serie de instrumentos diseñados para detectar exoplanetas del tamaño de la Tierra, en particular el Terrestrial Planet Finder (TPF) de la NASA y los programas Darwin de la ESA , ambos cancelados. La NASA lanzó la misión Kepler en marzo de 2009 y la Agencia Espacial Francesa lanzó la misión espacial COROT en 2006. [69] [70] También hay varios esfuerzos terrestres menos ambiciosos en marcha.
El objetivo de estas misiones no es sólo detectar planetas del tamaño de la Tierra sino también detectar directamente la luz del planeta para poder estudiarla espectroscópicamente . Examinando los espectros planetarios, sería posible determinar la composición básica de la atmósfera y/o superficie de un planeta extrasolar. [71] Teniendo en cuenta este conocimiento, puede ser posible evaluar la probabilidad de que se encuentre vida en ese planeta. Un grupo de investigación de la NASA, el Virtual Planet Laboratory, [72] está utilizando modelos informáticos para generar una amplia variedad de planetas virtuales y ver cómo se verían si los vieran TPF o Darwin. Se espera que una vez que estas misiones entren en funcionamiento, sus espectros puedan cotejarse con estos espectros planetarios virtuales en busca de características que puedan indicar la presencia de vida.
Se puede obtener una estimación del número de planetas con vida extraterrestre comunicativa inteligente a partir de la ecuación de Drake , esencialmente una ecuación que expresa la probabilidad de vida inteligente como el producto de factores como la fracción de planetas que podrían ser habitables y la fracción de planetas en cual vida podría surgir: [73]
dónde:
Sin embargo, si bien la lógica detrás de la ecuación es sólida, es poco probable que la ecuación se vea limitada a límites de error razonables en el corto plazo. El problema con la fórmula es que no se utiliza para generar o respaldar hipótesis porque contiene factores que nunca podrán verificarse. El primer término, R* , número de estrellas, generalmente está restringido a unos pocos órdenes de magnitud. Los términos segundo y tercero, f p , estrellas con planetas y f e , planetas con condiciones habitables, se están evaluando para la vecindad de la estrella. Drake originalmente formuló la ecuación simplemente como una agenda para la discusión en la conferencia del Green Bank, [74] pero algunas aplicaciones de la fórmula se tomaron literalmente y se relacionaron con argumentos simplistas o pseudocientíficos . [75] Otro tema asociado es la paradoja de Fermi , que sugiere que si la vida inteligente es común en el universo , entonces debería haber signos obvios de ello.
Otra área de investigación activa en astrobiología es la formación de sistemas planetarios . Se ha sugerido que las peculiaridades del Sistema Solar (por ejemplo, la presencia de Júpiter como escudo protector) [76] pueden haber aumentado considerablemente la probabilidad de que surja vida inteligente en la Tierra. [77] [78]
La biología no puede afirmar que un proceso o fenómeno, por ser matemáticamente posible, tenga que existir forzosamente en un cuerpo extraterrestre. Los biólogos especifican qué es especulativo y qué no. [75] El descubrimiento de los extremófilos , organismos capaces de sobrevivir en ambientes extremos, se convirtió en un elemento central de investigación para los astrobiólogos, ya que son importantes para comprender cuatro áreas en los límites de la vida en el contexto planetario: el potencial de panspermia , la contaminación directa debido a empresas de exploración humana, colonización planetaria por parte de humanos y la exploración de vida extraterrestre extinta y existente. [79]
Hasta la década de 1970, se pensaba que la vida dependía totalmente de la energía del Sol . Las plantas en la superficie de la Tierra capturan energía de la luz solar para fotosintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono y agua, liberando oxígeno en el proceso que luego es consumido por organismos que respiran oxígeno y pasan su energía a la cadena alimentaria . Incluso se pensaba que la vida en las profundidades del océano, donde la luz del sol no puede llegar, se alimentaba del consumo de detritos orgánicos que caían de las aguas superficiales o del consumo de animales que lo hacían. [80] Se pensaba que la capacidad del mundo para sustentar la vida dependía de su acceso a la luz solar . Sin embargo, en 1977, durante una inmersión exploratoria en el Rift de Galápagos en el sumergible de exploración de aguas profundas Alvin , los científicos descubrieron colonias de gusanos tubulares gigantes , almejas , crustáceos , mejillones y otras criaturas variadas agrupadas alrededor de formaciones volcánicas submarinas conocidas como fumadores negros . [80] Estas criaturas prosperan a pesar de no tener acceso a la luz solar, y pronto se descubrió que forman un ecosistema completamente independiente . Aunque la mayoría de estas formas de vida multicelulares necesitan oxígeno disuelto (producido por la fotosíntesis oxigénica) para su respiración celular aeróbica y, por lo tanto, no son completamente independientes de la luz solar por sí mismos, la base de su cadena alimentaria es una forma de bacteria que obtiene su energía de la oxidación de sustancias reactivas. sustancias químicas, como el hidrógeno o el sulfuro de hidrógeno , que burbujean desde el interior de la Tierra. Otras formas de vida completamente desacopladas de la energía de la luz solar son las bacterias verdes de azufre que capturan la luz geotérmica para la fotosíntesis anoxigénica o las bacterias que ejecutan quimiolitoautotrofia basada en la desintegración radiactiva del uranio. [81] Esta quimiosíntesis revolucionó el estudio de la biología y la astrobiología al revelar que la vida no tiene por qué depender de la luz solar; sólo requiere agua y un gradiente de energía para existir.
Los biólogos han encontrado extremófilos que prosperan en el hielo, el agua hirviendo, los ácidos, los álcalis, el núcleo de agua de los reactores nucleares, los cristales de sal, los desechos tóxicos y en una variedad de otros hábitats extremos que antes se pensaba que eran inhóspitos para la vida. [82] [83] Esto abrió una nueva vía en la astrobiología al expandir masivamente el número de posibles hábitats extraterrestres. La caracterización de estos organismos, sus entornos y sus vías evolutivas se considera un componente crucial para comprender cómo podría evolucionar la vida en otras partes del universo. Por ejemplo, algunos organismos capaces de resistir la exposición al vacío y la radiación del espacio exterior incluyen los hongos liquen Rhizocarpon Geographicum y Rusavskia elegans , [84] la bacteria Bacillus safensis , [85] Deinococcus radiodurans , [85] Bacillus subtilis , [85] levadura Saccharomyces cerevisiae , [85] semillas de Arabidopsis thaliana ('berro oreja de ratón'), [85] así como el animal invertebrado tardígrado . [85] Si bien los tardígrados no se consideran verdaderos extremófilos, se consideran microorganismos extremotolerantes que han contribuido al campo de la astrobiología. Su extrema tolerancia a la radiación y la presencia de proteínas protectoras del ADN pueden proporcionar respuestas sobre si la vida puede sobrevivir lejos de la protección de la atmósfera terrestre. [86]
La luna de Júpiter, Europa , [83] [87] [88] [89] [90] y la luna de Saturno, Encelado , [91] [35] ahora se consideran los lugares más probables para la existencia de vida extraterrestre en el Sistema Solar debido a su Océanos de agua subterránea donde el calentamiento radiogénico y de las mareas permite que exista agua líquida. [81]
El origen de la vida, conocido como abiogénesis , distinto de la evolución de la vida , es otro campo de investigación en curso. Oparin y Haldane postularon que las condiciones de la Tierra primitiva eran propicias para la formación de compuestos orgánicos a partir de elementos inorgánicos y, por tanto, para la formación de muchas de las sustancias químicas comunes a todas las formas de vida que vemos hoy. El estudio de este proceso, conocido como química prebiótica, ha logrado algunos avances, pero aún no está claro si la vida pudo haberse formado de esa manera en la Tierra. La hipótesis alternativa de la panspermia es que los primeros elementos de la vida pueden haberse formado en otro planeta con condiciones aún más favorables (o incluso en el espacio interestelar, asteroides, etc.) y luego haber sido transportados a la Tierra.
El polvo cósmico que impregna el universo contiene compuestos orgánicos complejos ("sólidos orgánicos amorfos con una estructura mixta aromática - alifática ") que las estrellas podrían crear de forma natural y rápida . [92] [93] [94] Además, un científico sugirió que estos compuestos pueden haber estado relacionados con el desarrollo de la vida en la Tierra y dijo que, "Si este es el caso, la vida en la Tierra puede haber tenido más facilidad para comenzar". ya que estos compuestos orgánicos pueden servir como ingredientes básicos para la vida". [92]
Más del 20% del carbono del universo puede estar asociado a hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) , posibles materiales de partida para la formación de la vida . Los HAP parecen haberse formado poco después del Big Bang , están muy extendidos por todo el universo y están asociados con nuevas estrellas y exoplanetas . [95] Los HAP se someten a condiciones del medio interestelar y se transforman mediante hidrogenación , oxigenación e hidroxilación en compuestos orgánicos más complejos , "un paso en el camino hacia los aminoácidos y los nucleótidos , las materias primas de las proteínas y el ADN , respectivamente". [96] [97]
En octubre de 2020, los astrónomos propusieron la idea de detectar vida en planetas distantes estudiando las sombras de los árboles en ciertos momentos del día para encontrar patrones que pudieran detectarse mediante la observación de exoplanetas. [98] [99]
La hipótesis de las Tierras Raras postula que las formas de vida multicelulares encontradas en la Tierra pueden ser en realidad más raras de lo que suponen los científicos. Según esta hipótesis, la vida en la Tierra (y más aún, la vida multicelular) es posible gracias a una conjunción de las circunstancias adecuadas (galaxia y ubicación dentro de ella, sistema planetario , estrella, órbita, tamaño planetario, atmósfera, etc.); y la posibilidad de que todas esas circunstancias se repitan en otros lugares puede ser rara. Proporciona una posible respuesta a la paradoja de Fermi que sugiere: "Si los extraterrestres son comunes, ¿por qué no son obvios?" Aparentemente va en contra del principio de mediocridad , asumido por los famosos astrónomos Frank Drake , Carl Sagan y otros. El principio de mediocridad sugiere que la vida en la Tierra no es excepcional y que es más que probable que se encuentre en muchos otros mundos.
Se están realizando investigaciones sobre los límites ambientales de la vida y el funcionamiento de los ecosistemas extremos , lo que permite a los investigadores predecir mejor qué entornos planetarios podrían tener más probabilidades de albergar vida. Misiones como el módulo de aterrizaje Phoenix , el Mars Science Laboratory , ExoMars , el rover Mars 2020 a Marte y la sonda Cassini a las lunas de Saturno tienen como objetivo explorar más a fondo las posibilidades de vida en otros planetas del Sistema Solar.
Los dos módulos de aterrizaje Viking llevaron cada uno cuatro tipos de experimentos biológicos a la superficie de Marte a finales de los años 1970. Estos fueron los únicos módulos de aterrizaje en Marte que llevaron a cabo experimentos buscando específicamente el metabolismo de la vida microbiana actual en Marte . Los módulos de aterrizaje utilizaron un brazo robótico para recolectar muestras de suelo en contenedores de prueba sellados en la nave. Los dos módulos de aterrizaje eran idénticos, por lo que se llevaron a cabo las mismas pruebas en dos lugares de la superficie de Marte; Viking 1 cerca del ecuador y Viking 2 más al norte. [100] El resultado no fue concluyente, [101] y algunos científicos todavía lo cuestionan. [102] [103] [104] [105]
Norman Horowitz fue el jefe de la sección de biociencia del Jet Propulsion Laboratory para las misiones Mariner y Viking de 1965 a 1976. Horowitz consideraba que la gran versatilidad del átomo de carbono lo convierte en el elemento con mayor probabilidad de aportar soluciones, incluso exóticas, a los problemas. de supervivencia de la vida en otros planetas. [106] Sin embargo, también consideró que las condiciones encontradas en Marte eran incompatibles con la vida basada en el carbono.
Beagle 2 fue un módulo de aterrizaje británico fallido en Marte que formó parte de la misión Mars Express de 2003 de la Agencia Espacial Europea . Su objetivo principal era buscar señales de vida en Marte , pasada o presente. Aunque aterrizó de forma segura, no pudo desplegar correctamente sus paneles solares y su antena de telecomunicaciones. [107]
EXPOSE es una instalación multiusuario montada en 2008 fuera de la Estación Espacial Internacional dedicada a la astrobiología. [108] [109] EXPOSE fue desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para vuelos espaciales de larga duración que permiten la exposición de sustancias químicas orgánicas y muestras biológicas al espacio exterior en órbita terrestre baja . [110]
La misión Mars Science Laboratory (MSL) aterrizó el rover Curiosity que actualmente está en funcionamiento en Marte . [111] Fue lanzado el 26 de noviembre de 2011 y aterrizó en el cráter Gale el 6 de agosto de 2012. Los objetivos de la misión son ayudar a evaluar la habitabilidad de Marte y, al hacerlo, determinar si Marte es o alguna vez ha sido capaz de sustentar vida , [112] recopilar datos para una futura misión humana , estudiar la geología marciana, su clima y evaluar más a fondo el papel que jugó el agua , un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos, en la formación de minerales en Marte.
La misión Tanpopo es un experimento de astrobiología orbital que investiga la posible transferencia interplanetaria de vida, compuestos orgánicos y posibles partículas terrestres en la órbita terrestre baja. El propósito es evaluar la hipótesis de la panspermia y la posibilidad de transporte interplanetario natural de vida microbiana así como de compuestos orgánicos prebióticos. Los primeros resultados de la misión muestran evidencia de que algunos grupos de microorganismos pueden sobrevivir durante al menos un año en el espacio. [113] Esto puede respaldar la idea de que grupos de microorganismos de más de 0,5 milímetros podrían ser una forma de que la vida se propague de un planeta a otro. [113]
ExoMars es una misión robótica a Marte para buscar posibles biofirmas de vida marciana , pasada o presente. Esta misión astrobiológica está actualmente en desarrollo por la Agencia Espacial Europea (ESA) en asociación con la Agencia Espacial Federal Rusa (Roscosmos); está previsto su lanzamiento en 2022. [114] [115] [116]
Mars 2020 aterrizó con éxito su rover Perseverance en el cráter Jezero el 18 de febrero de 2021. Investigará entornos en Marte relevantes para la astrobiología, investigará sus procesos geológicos superficiales y su historia, incluida la evaluación de su habitabilidad pasada y su potencial para la preservación de biofirmas y biomoléculas en espacios accesibles. materiales geológicos. [117] El Equipo de Definición Científica propone que el rover recolecte y empaquete al menos 31 muestras de núcleos de roca y suelo para una misión posterior y las traiga de regreso para análisis más definitivos en laboratorios en la Tierra. El rover podría realizar mediciones y demostraciones tecnológicas para ayudar a los diseñadores de una expedición humana a comprender los peligros que plantea el polvo marciano y demostrar cómo recolectar dióxido de carbono (CO 2 ), que podría ser un recurso para producir oxígeno molecular (O 2 ) y combustible para cohetes. . [118] [119]
Europa Clipper es una misión planificada por la NASA para un lanzamiento en 2025 que llevará a cabo un reconocimiento detallado de Europa , la luna de Júpiter , e investigará si su océano interno podría albergar condiciones adecuadas para la vida. [120] [121] También ayudará en la selección de futuros lugares de aterrizaje . [122] [123]
Dragonfly es una misión de la NASA programada para aterrizar en Titán en 2036 para evaluar su habitabilidad microbiana y estudiar su química prebiótica. Dragonfly es un módulo de aterrizaje de helicópteros que realizará vuelos controlados entre múltiples ubicaciones en la superficie, lo que permitirá tomar muestras de diversas regiones y contextos geológicos. [124]
Icebreaker Life es una misión de aterrizaje que se propuso para el Programa Discovery de la NASA para la oportunidad de lanzamiento de 2021, [125] pero no fue seleccionada para su desarrollo. Habría tenido un módulo de aterrizaje estacionario que sería una copia cercana del exitoso Phoenix de 2008 y habría llevado una carga útil científica de astrobiología mejorada, incluido un taladro de 1 metro de largo para tomar muestras del suelo cementado con hielo en las llanuras del norte para realizar una búsqueda de moléculas orgánicas y evidencia de vida actual o pasada en Marte . [126] [127] Uno de los objetivos clave de la misión Icebreaker Life es probar la hipótesis de que el suelo rico en hielo en las regiones polares tiene concentraciones significativas de materia orgánica debido a la protección del hielo contra oxidantes y radiación .
Journey to Enceladus and Titan ( JET ) es un concepto de misión de astrobiología para evaluar elpotencial de habitabilidad de las lunas de Saturno , Enceladus y Titán , por medio de un orbitador. [128] [129] [130]
Enceladus Life Finder ( ELF ) es un concepto de misión astrobiológica propuesto para una sonda espacial destinada a evaluar la habitabilidad del océano acuático interno de Enceladus , la sexta luna más grande de Saturno . [131] [132]
Life Investigation For Enceladus ( LIFE ) es un concepto propuesto de misión de devolución de muestras de astrobiología. La nave espacial entraría en la órbita de Saturno y permitiría múltiples sobrevuelos a través de las columnas de hielo de Encelado para recolectar partículas de columnas de hielo y volátiles y devolverlas a la Tierra en una cápsula. La nave espacial puede tomar muestras de las columnas de Encelado, el anillo E de Saturno y la atmósfera superior de Titán . [133] [134] [135]
Oceanus es un orbitador propuesto en 2017 para la misión número 4 de Nuevas Fronteras. Viajaría hasta la luna de Saturno , Titán , para evaluar su habitabilidad . [136] Los objetivos de Oceanus son revelar la química orgánica , la geología, la gravedad y la topografía de Titán, recopilar datos de reconocimiento 3D, catalogar los compuestos orgánicos y determinar dónde pueden interactuar con el agua líquida. [137]
Explorer of Enceladus and Titan ( E 2 T ) es un concepto de misión orbital que investigaría la evolución y habitabilidad de los satélites saturnianos Enceladus y Titán . El concepto de misión fue propuesto en 2017 por la Agencia Espacial Europea . [138]
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