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En astronomía y astrobiología planetarias , la hipótesis de las Tierras Raras sostiene que el origen de la vida y la evolución de la complejidad biológica , como la reproducción sexual de los organismos multicelulares 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 probablemente raro en todo el universo. El término "Tierra rara" se origina en Tierra rara: por qué la vida compleja es poco común en el universo (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 las décadas de 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 . Partiendo del principio de mediocridad (extendido del principio copernicano ), argumentaron que la evolución de la vida en la Tierra, incluidos los seres humanos, también era típica y, por tanto, que el universo está repleto de vida compleja. Ward y Brownlee sostienen que los planetas, los sistemas planetarios y las regiones galácticas que son tan aptos para la vida compleja como lo son la Tierra, el Sistema Solar y nuestra propia región galáctica no son típicos en absoluto, sino que en realidad son extremadamente raros.
No existe evidencia confiable o reproducible de que organismos extraterrestres de cualquier 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 va en contra del conocimiento de que el Universo está lleno de una gran cantidad de planetas, algunos de los cuales probablemente reúnen las condiciones adecuadas 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 impactos; condiciones necesarias para garantizar que el planeta tenga magnetosfera y placas tectónicas ; 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 cualesquiera factores que hayan podido conducir al surgimiento de células eucariotas , la reproducción sexual y la explosión cámbrica de filos de animales , plantas y hongos . 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 ocurrido si no fuera por el evento de extinción del Cretácico-Paleógeno ocurrido hace 66 millones de años que eliminó a los dinosaurios como los vertebrados terrestres dominantes .
Para que un pequeño planeta rocoso pueda sustentar vida compleja, sostienen Ward y Brownlee, 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 extraterrestres son comunes, ¿por qué no son obvios?" [ cita necesaria ]
Rare Earth sugiere que gran parte del universo conocido, incluidas grandes partes de nuestra galaxia, son "zonas muertas" incapaces de sustentar vida compleja. Aquellas partes de una galaxia donde es posible la vida compleja constituyen la zona habitable galáctica , que se caracteriza principalmente por la distancia desde el Centro Galáctico .
El punto 1 descarta los confines más exteriores de una galaxia; Los números 2 y 3 descartan las regiones internas galácticas. Por lo tanto, la zona habitable de una galaxia puede ser un anillo relativamente estrecho de condiciones adecuadas intercalado entre su centro inhabitable y sus confines exteriores.
Además, un sistema planetario habitable debe mantener su ubicación favorable el tiempo suficiente para que evolucione vida compleja. Una estrella con una órbita galáctica excéntrica (elíptica o hiperbólica) pasará por unos brazos espirales, regiones desfavorables de alta densidad estelar; por lo tanto, una estrella que alberga vida debe tener una órbita galáctica que sea casi circular, con una estrecha sincronización entre la velocidad orbital de la estrella y la 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. Calcule 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. González et al. [7] reduciría a la mitad estos números; estiman que como máximo el 5% de las estrellas de la Vía Láctea se encuentran dentro de la zona habitable galáctica.
Aproximadamente el 77% de las galaxias observadas son espirales, [8] dos tercios de todas las galaxias espirales están 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 más abajo), lo que representa solo el 7% de su tipo. [10] Aun así, esto aún 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 en 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]
De hecho, la órbita del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea es 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 en las galaxias espirales barradas pueblan los brazos espirales en lugar del halo y tienden a moverse en órbitas alineadas gravitacionalmente, por lo que hay poco de inusual en la órbita del Sol. Mientras que la hipótesis de las Tierras Raras predice que el Sol rara vez, o nunca, debería haber pasado a través de 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 importante aproximadamente cada 100 millones de años. [13] Algunos investigadores han sugerido que varias extinciones masivas se corresponden con cruces anteriores 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 alejada de la estrella central, otra escala de zona habitable o principio de Ricitos de Oro . [15] La zona habitable varía según 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 estelar media, de unos 4.600 millones de años. La metalicidad y el tamaño adecuados también son importantes para la estabilidad. El Sol tiene una variación de luminosidad baja (0,1%). Hasta la fecha, no se ha encontrado ninguna estrella gemela solar que coincida exactamente con la variación de luminosidad del Sol, aunque algunas se acercan. La estrella tampoco debe tener compañeras estelares, como en los sistemas binarios , lo que alteraría 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 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 se encuentra el líquido. puede existir agua, y el agua cercana al punto de ebullición puede estar 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 del 0% (en regiones áridas) al 4% (en regiones tropicales y oceánicas) y, en noviembre de 2022, solo 417,2 partes por millón de CO 2 , [21] estas pequeñas cantidades basta para elevar la temperatura media de la superficie en unos 40 °C, [22] siendo la contribución dominante la debida al 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 de la que ioniza cualquier atmósfera planetaria . Estas estrellas también pueden convertirse en gigantes rojas antes de que evolucione vida avanzada en sus planetas. Estas consideraciones descartan las estrellas masivas y poderosas de tipo F6 a O (ver clasificación estelar ) como hogares de 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 mirando hacia la estrella y otro lado muy frío siempre mirando hacia afuera, y también corren un mayor riesgo de sufrir erupciones solares (ver Aurelia ). Como tales, se discute si pueden sustentar la vida. Los defensores de las Tierras Raras afirman que sólo las estrellas del tipo F7 a K1 son hospitalarias. Este tipo de estrellas son raras: las estrellas de tipo G, como el Sol (entre la F más caliente y la K más fría) constituyen sólo el 9% [23] de las estrellas que queman hidrógeno en la Vía Láctea.
También es poco probable que estrellas tan antiguas 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 gigante roja. Las estrellas que se convierten en gigantes rojas se expanden o sobrecalientan las zonas habitables de su juventud y mediana edad (aunque, en teoría, los planetas a distancias mucho mayores pueden volverse habitables ).
Una producción de energía que varía con la vida útil de la estrella probablemente impedirá la vida (por ejemplo, como variables cefeidas ). Una disminución repentina, aunque sea breve, puede congelar el agua de los planetas en órbita, y un aumento significativo puede evaporarla y provocar un efecto invernadero que impida que los océanos se vuelvan a formar.
Toda vida conocida requiere la compleja química 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, quizás la mayoría, de las estrellas 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 distintas de 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 vida compleja son más comunes en las regiones menos densas de las galaxias espirales más grandes, donde la radiación también es débil. [24]
Los defensores de las tierras raras argumentan que un sistema planetario capaz de sustentar vida compleja debe estructurarse más o menos como el Sistema Solar, con planetas interiores pequeños y rocosos y gigantes gaseosos exteriores masivos. [25] Sin la protección de tales planetas tipo "aspiradora celestial" con fuertes fuerzas gravitacionales, otros planetas estarían sujetos a colisiones catastróficas de asteroides más frecuentes.
Las observaciones de exoplanetas han demostrado que las disposiciones de planetas similares al Sistema Solar son raras. La mayoría de los sistemas planetarios tienen súper Tierras, varias veces más grandes que la Tierra, cerca de su estrella, mientras que la región interior del Sistema Solar tiene sólo unos pocos pequeños planetas rocosos y ninguno dentro de la órbita de Mercurio. Sólo el 10% de las estrellas tienen planetas gigantes similares a Júpiter y Saturno, y esos pocos rara vez tienen órbitas estables, casi circulares, distantes de su estrella. Konstantin Batygin y sus colegas sostienen que estas características pueden explicarse si, al comienzo de la historia del Sistema Solar, Júpiter y Saturno se dirigieron hacia el Sol, enviando lluvias de planetesimales hacia las súper Tierras que las enviaron en espiral hacia el Sol y transportando hielo. bloques de construcción en la región terrestre del Sistema Solar que proporcionaron los bloques de construcción para los planetas rocosos. Los dos planetas gigantes volvieron a desplazarse hasta sus posiciones actuales. En opinión de Batygin y sus colegas: "La concatenación de eventos fortuitos 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". [26]
Los defensores de las tierras raras argumentan que un gigante gaseoso tampoco debe estar demasiado cerca de un cuerpo donde se esté desarrollando vida. La ubicación cercana de uno o más gigantes gaseosos podría alterar la órbita de un planeta potencialmente portador de 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 . [27]
La necesidad de órbitas estables descarta estrellas con sistemas planetarios que contengan planetas grandes con órbitas cercanas a la estrella anfitriona (llamados " Júpiter calientes "). Se cree que los Júpiter calientes han migrado hacia el interior de sus órbitas actuales. En el proceso, habrían alterado catastróficamente las órbitas de cualquier planeta en la zona habitable. [28] Para agravar las cosas, los Júpiter calientes son mucho más comunes en órbita alrededor de estrellas de clase F y G. [29]
La hipótesis de las Tierras Raras sostiene que la vida requiere planetas terrestres como la Tierra, y dado que los gigantes gaseosos carecen de esa superficie, la vida compleja no puede surgir allí. [30]
Un planeta que es demasiado pequeño no puede mantener mucha atmósfera, lo que hace que la temperatura de su superficie sea baja y variable y que los océanos sean imposibles. Un planeta pequeño también tenderá a tener una superficie rugosa, con grandes montañas y profundos cañones. El núcleo se enfriará más rápido y la tectónica de placas puede ser breve o estar completamente ausente. Un planeta demasiado grande retendrá 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 735 K (462 °C; 863 °F). La Tierra primitiva alguna vez tuvo una atmósfera similar, pero es posible que la haya perdido en el evento de impacto gigante que formó la Luna . [31]
Los defensores de las tierras raras sostienen que las placas tectónicas y un fuerte campo magnético son esenciales para la biodiversidad , la regulación de la temperatura global y el ciclo del carbono . [32] La falta de cadenas montañosas en otras partes del Sistema Solar es evidencia de que la Tierra es el único cuerpo que ahora tiene placas tectónicas y, por lo tanto, el único capaz de sustentar vida. [33]
La tectónica de placas depende de la composición química adecuada y de una fuente duradera de calor procedente de la desintegración radiactiva . Los continentes deben estar formados por rocas félsicas menos densas que "flotan" sobre rocas máficas más densas subyacentes. Taylor [34] enfatiza que las zonas de subducción tectónicas requieren la lubricación de océanos de agua. La tectónica de placas también proporciona un medio de ciclo bioquímico . [35]
La tectónica de placas y, como resultado, la deriva continental y la creación de masas continentales separadas crearían ecosistemas y biodiversidad diversificados , una de las defensas más fuertes contra la extinción. [36] Un ejemplo de diversificación de especies y posterior competencia en los continentes de la Tierra es el Gran Intercambio Americano . América del Norte y Central se fusionaron con América del Sur hace aproximadamente 3,5 a 3 millones de años. La fauna de América del Sur ya había evolucionado por separado durante unos 30 millones de años, desde que se separó la Antártida , pero, tras la fusión, muchas especies fueron aniquiladas, 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 sólo tienen satélites relativamente pequeños que probablemente sean asteroides capturados ( Marte ). Después de Caronte , la Luna es también el satélite natural más grande del Sistema Solar en relación con el tamaño de su cuerpo progenitor, siendo un 27% del tamaño de la Tierra. [37]
La teoría del impacto gigante plantea la hipótesis de que la Luna fue el resultado del impacto de un cuerpo del tamaño aproximado de Marte , denominado Theia , con la joven Tierra. Este impacto gigante también le dio a la Tierra su inclinación axial y su velocidad de rotación. [34] La rotación rápida reduce la variación diaria de temperatura y hace viable la fotosíntesis . [38] La hipótesis de las Tierras Raras sostiene además que la inclinación axial no puede ser ni demasiado grande ni 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 necesaria ] En esta vista, la inclinación de la Tierra es "perfecta". La gravedad de un gran satélite también estabiliza la inclinación del planeta; sin este efecto, la variación en la inclinación sería caótica , probablemente imposibilitando formas de vida complejas en la tierra. [39]
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 gran satélite da lugar a charcas de marea , que pueden ser esenciales para la formación de vida compleja , aunque esto está lejos de ser seguro. [40]
Un satélite grande también aumenta la probabilidad de que se produzcan placas tectónicas debido al efecto de las fuerzas de marea en la corteza del planeta. [ cita necesaria ] 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 necesaria ] 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 sea no despojados con el tiempo por los vientos solares. [ cita necesaria ]
Un planeta terrestre debe tener el tamaño adecuado, como la Tierra y Venus, para poder conservar 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 último bombardeo intenso volvió a sembrar la Tierra con el agua perdida tras el impacto de Theia. [41] El desarrollo de una capa de ozono generó un escudo protector contra la luz solar ultravioleta (UV). [42] [43] El nitrógeno y el dióxido de carbono son necesarios en una proporción correcta para que se forme vida. [44] Se necesitan rayos para la fijación de nitrógeno . [45] El dióxido de carbono gaseoso necesario para la vida proviene de fuentes como volcanes y géiseres . Preferiblemente se necesita dióxido de carbono en niveles relativamente bajos (actualmente en aproximadamente 400 ppm en la Tierra) porque en niveles altos es venenoso. [46] [47] La precipitación es necesaria para tener un ciclo de agua estable. [48] Una atmósfera adecuada debe reducir la variación de temperatura diurna . [49] [50]
Independientemente de si los planetas con atributos físicos similares a los de 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 dado que casi la mitad de la vida en el planeta había transcurrido antes de que evolucionaran a células complejas ( eucariotas ), todas las cuales comparten un ancestro común , este evento solo puede haber ocurrido una vez. . Según algunas opiniones, los procariotas carecen de la arquitectura celular para evolucionar a 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 hasta convertirse en mitocondrias que suministraron el enorme aumento de energía disponible que permitió la evolución de vida eucariota compleja. Si esta incorporación ocurrió sólo una vez cada cuatro mil millones de años o es poco probable, entonces la vida en la mayoría de los planetas sigue siendo simple. [51] Una visión alternativa es que la evolución de las mitocondrias se desencadenó ambientalmente y que los organismos que contienen mitocondrias aparecieron poco después de los primeros rastros de oxígeno atmosférico. [52]
La evolución y persistencia de la reproducción sexual es otro misterio de la 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 . [53] 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. [54] [55] También se desconoce por qué la mayoría de los organismos sexuales utilizan un sistema de apareamiento binario , [56] y por qué algunos organismos tienen dimorfismo de gametos. Charles Darwin fue el primero en sugerir que la selección sexual impulsa la especiación ; sin él, la vida compleja probablemente no habría evolucionado.
Si bien se considera que la vida en la Tierra se generó relativamente temprano en la historia del planeta, la evolución de organismos multicelulares a organismos inteligentes tomó alrededor de 800 millones de años. [57] Las civilizaciones en la Tierra han existido durante unos 12.000 años, y las comunicaciones por radio que llegan al espacio han existido desde hace poco más de 100 años. En relación con la edad del Sistema Solar (~4,57 Ga), este es un período corto, en el que las variaciones climáticas extremas, los supervolcanes y los grandes impactos de meteoritos estuvieron ausentes. Estos acontecimientos perjudicarían gravemente la vida inteligente, así como la vida en general. Por ejemplo, la extinción masiva del Pérmico-Triásico , provocada por erupciones volcánicas continuas y generalizadas en un área del tamaño de Europa occidental, provocó la extinción del 95% de las especies conocidas hace alrededor de 251,2 millones de años . 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. [58] La ecuación de las 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:
Asumimos . Entonces se puede considerar que la hipótesis de las Tierras Raras afirma que el producto de los otros nueve factores de la ecuación de Tierras Raras enumerados a continuación, que son todas fracciones, no es mayor que 10 −10 y posiblemente 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 algunos de los factores siguientes sólo pueden ser conjeturados. No pueden estimarse simplemente porque sólo tenemos un punto de datos : la Tierra, un planeta rocoso que orbita una estrella G2 en un tranquilo suburbio de una gran galaxia espiral barrada , y hogar de la única especie inteligente que conocemos; es decir, nosotros mismos.
La ecuación de las Tierras Raras, a diferencia de la ecuación de Drake , no factoriza la probabilidad de que la vida compleja evolucione hacia vida inteligente que descubra la tecnología. Barrow y Tipler revisan el consenso entre estos biólogos de que el camino evolutivo desde los cordados primitivos del Cámbrico , 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% del promedio de vida total. [60] 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; lo ven como una forma de razonamiento circular . [70] [ 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. [71] 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 en el 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 haya. [72]
Los críticos también argumentan que existe un vínculo entre la hipótesis de las Tierras Raras y la idea no científica del diseño inteligente . [73]
Se está realizando un número cada vez mayor de descubrimientos de planetas extrasolares , con 5.742 planetas en 4.237 sistemas planetarios conocidos al 1 de junio de 2024. [74] Los defensores de las Tierras raras argumentan que la vida no puede surgir fuera de sistemas similares al Sol, debido al bloqueo de las mareas y la radiación ionizante fuera del Sol. Rango F7-K1. Sin embargo, algunos exobiólogos han sugerido que las estrellas fuera de este rango pueden dar lugar a vida en las circunstancias adecuadas; esta posibilidad es un punto central de controversia en la teoría porque estas estrellas de categorías K y M tardías constituyen aproximadamente el 82% de todas las estrellas que queman hidrógeno. [23]
La tecnología actual limita las pruebas de importantes criterios de tierras raras: el agua superficial, las placas tectónicas, una gran luna y las biofirmas son actualmente indetectables. Aunque los planetas del tamaño de la Tierra son difíciles de detectar y clasificar, los científicos ahora piensan que los planetas rocosos son comunes alrededor de estrellas similares al Sol. [75] 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. [76] [77]
Algunos argumentan que las estimaciones de Tierras Raras sobre planetas rocosos en zonas habitables ( en la ecuación de Tierras Raras) son demasiado restrictivas. James Kasting cita la ley de Titius-Bode para sostener que es un nombre inapropiado describir zonas habitables como estrechas cuando hay un 50% de posibilidades de que al menos un planeta orbite dentro de una. [79] En 2013, los astrónomos que utilizaron los datos del telescopio espacial Kepler estimaron que se espera que alrededor de una quinta parte de las estrellas de tipo G y K ( estrellas similares al Sol y enanas naranjas ) tengan un tamaño de la Tierra o super- Planeta del tamaño de la Tierra (1-2 Tierras de ancho ) cerca de una órbita similar a la de la Tierra (0,25–4 F 🜨 ), [80] dando alrededor de 8,8 mil millones de ellos para toda la Vía Láctea . [81] [82] [83]
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 sobre Tierras Raras cuestiona si un protector de Júpiter tiene alguna relación con la incidencia de vida compleja. [84] Los modelos informáticos, incluido el modelo Niza de 2005 y el modelo Niza 2 de 2007 , arrojan resultados no concluyentes en relación con la influencia gravitacional de Júpiter y los impactos en los planetas interiores. [85] Un estudio realizado por 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 evitado. [86] Se sabía que el cometa Lexell , un casi accidente de 1770 que pasó más cerca de la Tierra que cualquier otro cometa en la historia registrada, fue causado por la influencia gravitacional de Júpiter. [87]
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 a la subducción. . [89] Sin embargo, no existe ningún 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, [90] para entonces ya habían comenzado la fotosíntesis y la oxigenación. Además, estudios recientes señalan que la tectónica de placas es un fenómeno planetario episódico y que la vida puede evolucionar durante períodos de "tapa estancada" en lugar de estados de placas tectónicas. [91]
La evidencia reciente también indica que actividad similar ha ocurrido o continúa ocurriendo en otros lugares. La geología de Plutón , por ejemplo, descrita por Ward y Brownlee como "sin montañas ni volcanes... desprovista de actividad volcánica", [24] desde entonces se ha descubierto que es todo lo contrario, con una superficie geológicamente activa que posee moléculas orgánicas [ 92] y cadenas montañosas [93] como Tenzing Montes y Hillary Montes comparables en tamaño relativo a las de la Tierra, y las observaciones sugieren la participación de procesos endógenos. [94] La tectónica de placas se ha sugerido como una hipótesis para la dicotomía marciana , y en 2012 el geólogo An Yin presentó evidencia de una tectónica de placas activa en Marte . [95] Durante mucho tiempo se sospecha que Europa tiene placas tectónicas [96] y en 2014 la NASA anunció evidencia de subducción activa. [97] Al igual que Europa, el análisis de las fallas en la franja de impacto de la luna más grande de Júpiter, Ganímedes, y de los materiales superficiales de posible origen endógeno sugiere que la tectónica de placas también ha tenido lugar allí. [98] [99] En 2017, los científicos que estudiaban la geología de Caronte confirmaron que la tectónica de placas de hielo también operaba en la luna más grande de Plutón. [100] Desde 2017, varios estudios de la geodinámica de Venus también han encontrado que, contrariamente a la opinión de que la litosfera de Venus es estática, en realidad se está deformando mediante procesos activos similares a la tectónica de placas, aunque con menos subducción, lo que implica que la geodinámica no son una ocurrencia rara en cuerpos del tamaño de la Tierra . [101] [102]
Kasting sugiere que no hay nada inusual en la aparición de placas tectónicas 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. [84] Los estudios de Valencia [103] y Cowan [104] sugieren que la tectónica de placas puede ser inevitable para los planetas terrestres del tamaño de la Tierra o más grandes, es decir, las Supertierras , que ahora se sabe que son más comunes en los sistemas planetarios. [105]
La hipótesis de que el oxígeno molecular , necesario para la vida animal , es raro y que un Gran Evento de Oxigenación (factor de ecuación de Tierras Raras ) sólo pudo ser desencadenado y sostenido por la tectónica, parece haber sido invalidada por descubrimientos más recientes.
Ward y Brownlee se preguntan "si la oxigenación, y por tanto el surgimiento de animales, habría ocurrido alguna vez en un mundo donde no había continentes que erosionar". [106] Recientemente se ha detectado oxígeno libre extraterrestre alrededor de otros objetos sólidos, incluido Mercurio, [107] Venus, [108] Marte, [109] las cuatro lunas galileanas de Júpiter , [110] las lunas de Saturno Encelado, [111] Dione [112] [113] y Rea [114] e incluso la atmósfera de un cometa. [115] Esto ha llevado a los científicos a especular si otros procesos además de la fotosíntesis podrían ser capaces de generar un ambiente rico en oxígeno libre. Wordsworth (2014) concluye que el oxígeno generado de forma distinta a la fotodisociación puede ser probable en exoplanetas similares a la Tierra y, de hecho, podría dar lugar a detecciones de vida falsamente positivas. [116] Narita (2015) sugiere la fotocatálisis por dióxido de titanio como un mecanismo geoquímico para producir atmósferas de oxígeno. [117]
Desde la afirmación de Ward y Brownlee de que "existe evidencia irrefutable de que el oxígeno es un ingrediente necesario para la vida animal", [106] se ha descubierto que los metazoos anaeróbicos efectivamente se metabolizan sin oxígeno. Spinoloricus cinziae , por ejemplo, una especie descubierta en la cuenca hipersalina anóxica de L'Atalante en el fondo del mar Mediterráneo en 2010, parece metabolizarse con hidrógeno, careciendo de mitocondrias y utilizando en su lugar hidrogenosomas . [118] [119] Los estudios realizados desde 2015 del género eucariota Monocercomonoides que carecen de orgánulos mitocondriales también son importantes ya que no hay signos detectables de que las mitocondrias sean parte del organismo. [120] Desde entonces, se ha identificado que otros eucariotas, particularmente parásitos , están completamente ausentes del genoma mitocondrial, como el descubrimiento de 2020 en Henneguya zschokkei . [121] Una mayor investigación sobre las vías metabólicas alternativas utilizadas por estos organismos parece presentar más problemas para la premisa.
Stevenson (2015) ha propuesto otras alternativas de membranas para la vida compleja en mundos sin oxígeno. [122] En 2017, científicos del Instituto de Astrobiología de la NASA descubrieron las condiciones químicas previas necesarias para la formación de azotosomas en Titán, la luna de Saturno, un mundo que carece de oxígeno atmosférico. [123] Estudios independientes de Schirrmeister y Mills concluyeron que la vida multicelular de la Tierra existió antes del Gran Evento de Oxigenación, no como consecuencia del mismo. [124] [125]
Los científicos de la NASA Hartman y McKay sostienen que la tectónica de placas puede, de hecho, frenar el aumento de la oxigenación (y, por tanto, obstaculizar la vida compleja en lugar de promoverla). [126] El modelado por computadora realizado por Tilman Spohn en 2014 encontró que la tectónica de placas en la Tierra puede haber surgido de los efectos del surgimiento de vida compleja, en lugar de al revés como podría sugerir la Tierra Rara. La acción de los líquenes sobre las rocas puede haber contribuido a la formación de zonas de subducción en presencia de agua. [127] Kasting sostiene que si la oxigenación causó la explosión del Cámbrico, entonces cualquier planeta con oxígeno que produzca fotosíntesis debería tener vida compleja. [128]
Se ha cuestionado la importancia del campo magnético de la Tierra para el desarrollo de vida compleja. El origen del campo magnético de la Tierra sigue siendo un misterio [129] aunque la presencia de una magnetosfera parece ser relativamente común para objetos de masa planetaria más grandes, ya que todos los planetas del Sistema Solar más grandes que la Tierra poseen una. [130] Cada vez hay más pruebas de actividad magnética presente o pasada en cuerpos terrestres como la Luna, Ganímedes, Mercurio y Marte. [131] Sin mediciones suficientes, los estudios actuales se basan en gran medida en métodos de modelado desarrollados en 2006 por Olson & Christensen para predecir la intensidad del campo. [132] Utilizando una muestra de 496 planetas, estos modelos predicen que Kepler-186f será uno de los pocos del tamaño de la Tierra que soportaría una magnetosfera (aunque dicho campo alrededor de este planeta no ha sido confirmado actualmente). [132] Sin embargo, la evidencia empírica reciente apunta a la aparición de campos mucho más grandes y más poderosos que los encontrados en nuestro Sistema Solar, algunos de los cuales no pueden explicarse mediante estos modelos. [133] [134]
Kasting sostiene que la atmósfera proporciona suficiente protección contra los rayos cósmicos incluso en épocas de inversión de los polos magnéticos y pérdida de atmósfera por pulverización catódica. [84] Kasting también descarta el papel del campo magnético en la evolución de los eucariotas, citando la edad de los magnetofósiles más antiguos conocidos . [135]
También se ha cuestionado el requisito de una luna grande (factor de ecuación de tierras raras ). Incluso si fuera necesario, tal suceso puede no ser tan único como lo predice la Hipótesis de las Tierras Raras. El trabajo de Edward Belbruno y J. Richard Gott de la Universidad de Princeton sugiere que impactadores gigantes como los que pudieron haber formado la Luna pueden formarse en puntos troyanos planetarios ( punto lagrangiano L 4 o L 5 ), lo que significa que pueden ocurrir circunstancias similares en otros sistemas planetarios. [136]
Se ha cuestionado 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. Kasting sostiene que una Tierra sin luna aún poseería hábitats con climas adecuados para vida compleja y se pregunta si se puede predecir la velocidad de giro de una Tierra sin luna. [84] 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: dentro de 100 millones de años el día solar de la Tierra durará aproximadamente 24 horas y 38 minutos (lo mismo que el día solar de Marte); en mil 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 haría extremadamente difícil la disipación efectiva del calor para los organismos en los trópicos y subtrópicos, de manera similar al bloqueo de marea de una estrella enana roja. Los días cortos (alta velocidad de rotación) provocan altas velocidades del viento a nivel del suelo. Los días largos (velocidad de rotación lenta) provocan que las temperaturas diurnas y nocturnas sean demasiado extremas. [137]
Muchos defensores de las Tierras Raras argumentan que las placas tectónicas de la Tierra probablemente no existirían si no fuera por las fuerzas de marea de la Luna o el impacto de Theia (que prolongan los efectos del manto). [138] [139] La hipótesis de que la influencia de las mareas de la Luna inició o sostuvo la tectónica de placas de la Tierra sigue sin probarse, aunque al menos un estudio implica una correlación temporal con la formación de la Luna. [140] La evidencia de la existencia pasada de placas tectónicas en planetas como Marte [141] que quizás nunca hayan tenido una luna grande contrarrestaría este argumento, aunque la tectónica de placas puede desvanecerse de todos modos antes de que una luna sea relevante para la vida. [138] [139] Kasting sostiene que no se requiere una luna grande para iniciar la tectónica de placas. [84]
Los defensores de las tierras raras argumentan que la vida simple puede ser común, aunque la vida compleja requiere que surja condiciones ambientales específicas. Los críticos consideran que la vida podría surgir en la luna de un gigante gaseoso, aunque esto es menos probable si la vida requiere volcanidad. La luna debe tener tensiones para inducir el calentamiento de las mareas, pero no tan dramáticas como las vistas en Io de Júpiter. Sin embargo, la luna se encuentra dentro de los intensos cinturones de radiación del gigante gaseoso, esterilizando cualquier biodiversidad antes de que pueda establecerse. Dirk Schulze-Makuch cuestiona esto y plantea la hipótesis de bioquímicas alternativas para la vida extraterrestre. [142] Si bien los defensores de las tierras raras argumentan que solo los extremófilos microbianos podrían existir en hábitats subterráneos más allá de la Tierra, algunos argumentan que también puede surgir vida compleja en estos entornos. Ejemplos de animales extremófilos como la 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 [143] o Halicephalobus mephisto que existe bajo una presión aplastante, Las temperaturas abrasadoras y los niveles extremadamente bajos de oxígeno a 3,6 kilómetros (2,2 millas) de profundidad en la corteza terrestre [144] son a veces citados por los críticos como vida compleja capaz de prosperar en ambientes "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 surja la vida que en realidad no se conocen. [145] Hay sugerencias de que podría surgir vida compleja en condiciones subsuperficiales que pueden ser similares a aquellas en las que la vida pudo haber surgido en la Tierra, como las subsuperficies calentadas por las mareas de Europa o Encelado. [146] [147] Ecosistemas elusivos antiguos como estos sustentan vida compleja en la Tierra, como Riftia pachyptila , que existe de forma completamente independiente de la biosfera de la superficie. [148]
Sin los largos y pacíficos períodos que ofrece el escudo de Júpiter, la vida inteligente en la Tierra nunca habría podido arraigarse.
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) en grandes valores de masa de planetas gigantes.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )El ciclo de mareas, parecido al mecanismo de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), sólo podía replicar y amplificar polímeros similares al ADN. Este mecanismo sugiere limitaciones a la evolución de la vida extraterrestre.Aquí se enseña de manera menos formal: Schombert, James. "Origen de la vida". Universidad de Oregon . Consultado el 31 de octubre de 2007 .
Dada 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 charcos de marea en el interior, que se llenarían y evaporarían regularmente para producir altas concentraciones de aminoácidos.
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