La astrobiología (también xenología o exobiología ) es un campo científico dentro de las ciencias de la vida y del medio ambiente 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 entornos 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 la evolución temprana de la vida en la Tierra.
El campo de la astrobiología tiene sus orígenes en el siglo XX con el advenimiento de la exploración espacial y el descubrimiento de exoplanetas . Las primeras investigaciones astrobiológicas 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 astrobiológicas dentro del programa Viking , que fue la primera misión estadounidense en aterrizar en Marte y buscar señales de vida . [4] Esta misión, junto con otras misiones tempranas de exploración espacial, sentó las bases para el desarrollo de la astrobiología como disciplina.
En cuanto a los entornos habitables , la astrobiología investiga posibles lugares más allá de la Tierra que podrían albergar vida, como Marte , Europa y exoplanetas , a través de la investigación de los extremófilos que pueblan entornos austeros en 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 señales de vida pasada o presente en forma de compuestos orgánicos , proporciones isotópicas o fósiles microbianos. La investigación en este campo se lleva a cabo utilizando la metodología de la ciencia planetaria y ambiental , especialmente la ciencia atmosférica , para aplicaciones astrobiológicas, y a menudo se lleva a cabo mediante teledetección y misiones in situ.
La astrobiología también se ocupa del estudio del origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra para tratar de 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 inerte y cómo evolucionó para 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 componente interdisciplinario que presenta muchos desafíos y oportunidades para los científicos. Existen programas y centros de investigación de astrobiología en muchas universidades e instituciones de investigación de todo el mundo, y agencias espaciales como la NASA y la ESA cuentan con departamentos y programas dedicados a la investigación en astrobiología.
El término astrobiología fue propuesto por primera vez por el astrónomo ruso Gavriil Tikhov en 1953. [6] Se deriva etimológicamente 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 estrecho limitado a la búsqueda de vida externa a la Tierra. [7] Otro término asociado es xenobiología , del griego ξένος, "extranjero"; βίος , "vida"; y -λογία, "estudio", acuñado por el escritor de ciencia ficción estadounidense Robert Heinlein en su obra The Star Beast ; [8] xenobiología se utiliza ahora en un sentido más especializado, refiriéndose a la "biología basada en química extranjera", ya sea de origen extraterrestre o terrestre (normalmente 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 cuestión 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 filosofía natural, basando 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 el advenimiento 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 comienzo de la Era Espacial . Este evento condujo a un aumento en el estudio del potencial de vida en otros planetas, ya que los científicos comenzaron a considerar las posibilidades abiertas por 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 frecuencias de radio del espectro electromagnético para 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 en aterrizar en Marte y buscar signos metabólicos de vida actual; los resultados no fueron concluyentes.
En los años 1980 y 1990, el campo comenzó a expandirse y diversificarse a medida que surgían nuevos descubrimientos y tecnologías. El descubrimiento de vida microbiana en entornos extremos de la Tierra, como las fuentes hidrotermales de aguas profundas, ayudó a aclarar la viabilidad de la existencia de vida potencial en condiciones duras. El desarrollo de nuevas técnicas para la detección de biofirmas, como el uso de isótopos estables, también desempeñó un papel importante en la evolución del campo.
El panorama contemporáneo de la astrobiología surgió a principios del siglo XXI, centrado en la utilización de la ciencia de la Tierra y del 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 entorno 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 entorno en busca de la habitabilidad planetaria pasada y presente de la vida microbiana en Marte.
La investigación astrobiológica hace 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 formar o romper un enlace está en el nivel apropiado para construir moléculas que no solo sean estables, sino también reactivas. El hecho de que los átomos de carbono se unan fácilmente a otros átomos de carbono permite la construcción de moléculas extremadamente largas y complejas. Como tal, la investigación astrobiológica presume que la gran mayoría de las formas de vida en la galaxia de 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 la identificación de entornos que tienen el potencial de sustentar la vida basada en la presencia de compuestos orgánicos.
Agua líquida : el agua líquida es una molécula común que proporciona un excelente entorno para la formación de moléculas complejas basadas en el carbono y, en general, se considera necesaria para la existencia de la vida tal como la conocemos. Por lo tanto, la investigación astrobiológica presume que la vida extraterrestre depende de manera similar del acceso al agua líquida y, a menudo, se centra en la identificación de entornos que tengan el potencial de soportar agua líquida. [17] [18] Algunos investigadores postulan entornos de mezclas de agua y amoníaco como posibles disolventes para tipos hipotéticos de bioquímica . [19]
Estabilidad ambiental : cuando los organismos evolucionan de manera adaptativa a las condiciones de los entornos en los que residen, la estabilidad ambiental se considera necesaria para que exista vida. Esto presupone la necesidad de una temperatura , presión y niveles de radiación estables; en consecuencia, la investigación astrobiológica se centra en los planetas que orbitan 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 la vida podría no tener tiempo para surgir en los planetas que orbitan alrededor de ellas; las estrellas muy pequeñas proporcionan tan poco calor y calidez que solo los planetas en órbitas muy cercanas a su alrededor no estarían congelados, y en órbitas tan cercanas estos planetas estarían bloqueados por mareas a la estrella; [21] mientras que las largas vidas de las enanas rojas podrían permitir el desarrollo de entornos habitables en planetas con atmósferas espesas. [22] Esto es significativo ya que las enanas rojas son extremadamente comunes. ( Ver también : Habitabilidad de los sistemas de enanas rojas ).
Fuente de energía : Se supone que cualquier vida en cualquier otro lugar del universo también requeriría una fuente de energía. Anteriormente, se suponía que esta necesariamente provendría de una estrella similar al Sol , sin embargo, con los avances en la investigación extremófila , la investigación astrobiológica contemporánea a menudo se centra en la identificación de 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 en las que puede existir. A medida que evolucione nuestra comprensión de la vida y de su potencial para existir en diferentes entornos, estas suposiciones pueden cambiar.
La investigación astrobiológica, que se ocupa del estudio de los entornos habitables en nuestro sistema solar y más allá, utiliza métodos propios de las geociencias. La investigación dentro de esta rama se ocupa principalmente de la geobiología de los organismos que pueden sobrevivir en entornos extremos de la Tierra, como en entornos volcánicos o en aguas profundas, para comprender los límites de la vida y las condiciones en las que la vida podría sobrevivir en otros planetas. Esto incluye, entre otras cosas:
Extremófilos de aguas profundas : los investigadores están estudiando organismos que viven en los ambientes extremos de los respiraderos hidrotermales y las filtraciones frías de las profundidades marinas. [23] Estos organismos sobreviven en ausencia de luz solar, y algunos pueden 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 sequedad 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, suelo subterráneo, glaciares fríos [25] y hielo polar [26] , y ambientes de gran altitud.
La investigación también aborda la supervivencia a largo plazo de la vida en la Tierra y las posibilidades y peligros de la vida en otros planetas, entre ellos:
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 pudiera acabar con la mayor parte de la vida en la Tierra. [30]
Las nuevas investigaciones astrobiológicas relacionadas con la búsqueda de biofirmas planetarias de vida extraterrestre pasada o presente utilizan metodologías propias de las ciencias planetarias, entre ellas:
El estudio de la vida microbiana en el subsuelo de Marte :
Los científicos están utilizando datos de misiones de exploración marciana para estudiar la composición del subsuelo de Marte , en busca de biofirmas de vida microbiana pasada o presente. [31] El estudio de cuerpos líquidos en lunas heladas :
Los descubrimientos de cuerpos de líquido superficiales y subterráneos en lunas como Europa , [32] [33] [34] Titán [35] y Encélado [36] [37] mostraron posibles zonas de habitabilidad, lo que las convierte en objetivos viables para la búsqueda de vida extraterrestre. A partir de septiembre de 2024 [update], se planean misiones como Europa Clipper y Dragonfly para buscar biofirmas dentro de estos entornos.
El estudio de las atmósferas de los planetas :
Los científicos están estudiando la posibilidad de que exista vida en las atmósferas de los planetas, con especial atención al estudio de las condiciones físicas y químicas necesarias para que dicha vida exista, es decir, la detección de moléculas orgánicas y gases de biofirma; 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. [38]
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 James Webb Space Telescope y el Transiting Exoplanet Survey Satellite para buscar biofirmas en exoplanetas. También están desarrollando nuevas técnicas para la detección de biofirmas, como el uso de teledetección para buscar biofirmas en la atmósfera de exoplanetas. [39]
SETI y CETI :
Los científicos buscan señales de civilizaciones extraterrestres inteligentes utilizando radiotelescopios y telescopios ópticos dentro de la disciplina de 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". Si bien algunos científicos de alto perfil, como Carl Sagan , han abogado por la transmisión de mensajes, [40] [41] el físico teórico Stephen Hawking advirtió contra ella, sugiriendo que los extraterrestres podrían asaltar la Tierra para obtener sus recursos. [42]
Las nuevas investigaciones astrobiológicas sobre el estudio del origen y la evolución temprana de la vida en la Tierra utilizan metodologías propias de las paleociencias, entre ellas:
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. [43]
El estudio del campo magnético temprano : los investigadores están investigando el papel del campo magnético temprano en la protección de la Tierra de la radiación dañina y ayudando a estabilizar el clima. [44] Esta investigación tiene inmensas implicaciones astrobiológicas donde los sujetos de la investigación astrobiológica actual como Marte carecen de dicho campo.
El estudio de la química prebiótica : los científicos están estudiando las reacciones químicas que podrían haber ocurrido en la Tierra primitiva que llevaron a la formación de los componentes básicos de la vida (aminoácidos, nucleótidos y lípidos) y cómo estas moléculas podrían haberse formado espontáneamente en las condiciones de la Tierra primitiva. [45]
El estudio de los eventos de impacto : los científicos están investigando el papel potencial de los eventos de impacto, especialmente los meteoritos, en el transporte de agua y moléculas orgánicas a la Tierra primitiva. [46]
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. [47] Esto incluye el papel del agua en la formación de las primeras células y en la catálisis de reacciones químicas.
El estudio del papel de los minerales : los científicos están investigando el papel de minerales como la arcilla en la catálisis de la formación de moléculas orgánicas, desempeñando así un papel en el surgimiento de la vida en la Tierra. [48]
El estudio del papel de la energía y la electricidad : los científicos están investigando las fuentes potenciales 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. [49]
El estudio de los océanos primitivos : los científicos están investigando la composición y la química de los océanos primitivos y cómo pueden haber jugado 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. [50]
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 surgimiento. [51]
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. [52]
El estudio de la biosfera temprana : los investigadores están investigando la diversidad y actividad de los microorganismos en la Tierra primitiva, y cómo estos organismos pueden haber jugado un papel en el surgimiento de la vida. [53]
El estudio de 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 el surgimiento de los primeros organismos. [54]
La búsqueda sistemática de posibles formas de vida fuera de la Tierra es una tarea científica multidisciplinaria válida. [55] Sin embargo, las hipótesis y predicciones sobre su existencia y origen varían ampliamente y, en la actualidad, el desarrollo de hipótesis firmemente fundamentadas 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, [56] [57] y que pueden estar presentes incluso si no hay células biológicas. [58]
Hasta el año 2024 [update], no se ha identificado ninguna evidencia de vida extraterrestre. [59] David McKay , así como algunos otros científicos, creen que el examen del meteorito Allan Hills 84001 , que se recuperó en la Antártida en 1984 y se originó en Marte , contiene microfósiles de origen extraterrestre; esta interpretación es controvertida. [60] [61] [62]
Yamato 000593 , el segundo meteorito más grande de Marte , fue encontrado en la Tierra en el año 2000. A nivel microscópico, se encuentran esferas en el meteorito que son ricas en carbono en comparación con las áreas circundantes que carecen de tales esferas. Las esferas ricas en carbono pueden haberse formado por actividad biótica según algunos científicos de la NASA. [63] [64] [65]
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 Journal of Cosmology , una historia ampliamente difundida por los principales medios de comunicación . [66] [67] Sin embargo, la NASA se distanció formalmente de la afirmación de Hoover. [68] Según el astrofísico estadounidense Neil deGrasse Tyson : "En este momento, la vida en la Tierra es la única vida conocida en el universo, pero hay argumentos convincentes para sugerir que no estamos solos". [69]
La mayor parte de la investigación astrobiológica relacionada con la astronomía se enmarca en la categoría de detección de planetas extrasolares (exoplanetas), con la hipótesis de que si la vida surgió en la Tierra, también podría surgir en otros planetas con características similares. Con ese fin, se han considerado varios 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. [70] [71] 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 . Al examinar los espectros planetarios, sería posible determinar la composición básica de la atmósfera y/o superficie de un planeta extrasolar. [72] Con este conocimiento, puede ser posible evaluar la probabilidad de que se encuentre vida en ese planeta. Un grupo de investigación de la NASA, el Laboratorio de Planetas Virtuales, [73] está utilizando modelos informáticos para generar una amplia variedad de planetas virtuales para 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 para buscar características que puedan indicar la presencia de vida.
Una estimación del número de planetas con vida extraterrestre inteligente y comunicativa se puede obtener de la ecuación de Drake , esencialmente una ecuación que expresa la probabilidad de vida inteligente como el producto de factores tales como la fracción de planetas que podrían ser habitables y la fracción de planetas en los que podría surgir vida: [74]
dónde:
Sin embargo, aunque la lógica detrás de la ecuación es sólida, es poco probable que la ecuación se limite a límites razonables de error en un futuro próximo. El problema con la fórmula es que no se utiliza para generar o apoyar hipótesis porque contiene factores que nunca se pueden verificar. El primer término, R* , número de estrellas, generalmente está restringido a unos pocos órdenes de magnitud. El segundo y tercer término, f p , estrellas con planetas y f e , planetas con condiciones habitables, se están evaluando para el vecindario de la estrella. Drake originalmente formuló la ecuación simplemente como una agenda para discusión en la conferencia de Green Bank, [75] pero algunas aplicaciones de la fórmula se habían tomado literalmente y se habían relacionado con argumentos simplistas o pseudocientíficos . [76] 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 ella.
Otro campo de investigación activo en la 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) [77] pueden haber aumentado enormemente la probabilidad de que surgiera vida inteligente en la Tierra. [78] [79]
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 lo es. [76] 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 futura debido a las aventuras de exploración humana, la colonización planetaria por humanos y la exploración de vida extraterrestre extinta y existente. [80]
Hasta la década de 1970, se pensaba que la vida dependía completamente 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, pasando su energía a la cadena alimentaria . Incluso se pensaba que la vida en las profundidades del océano, donde la luz solar no puede llegar, obtenía su alimento ya sea consumiendo detritos orgánicos que caían de las aguas superficiales o comiendo animales que sí lo hacían. [81] 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 la grieta de las Galápagos en el sumergible de exploración de aguas profundas Alvin , los científicos descubrieron colonias de gusanos tubícolas gigantes , almejas , crustáceos , mejillones y otras criaturas variadas agrupadas alrededor de características volcánicas submarinas conocidas como fumaderos negros . [81] 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 mismas, la base de su cadena alimentaria es una forma de bacteria que deriva su energía de la oxidación de sustancias químicas reactivas, 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 del azufre que capturan la luz geotérmica para la fotosíntesis anoxigénica o las bacterias que realizan quimiolitoautotrofia basada en la desintegración radiactiva del uranio. [82] Esta quimiosíntesis revolucionó el estudio de la biología y la astrobiología al revelar que la vida no necesita depender de la luz solar; solo requiere agua y un gradiente de energía para existir.
Los biólogos han descubierto 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 residuos tóxicos y en una variedad de otros hábitats extremos que antes se creían inhóspitos para la vida. [83] [84] 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 soportar la exposición al vacío y la radiación del espacio exterior incluyen los hongos líquenes Rhizocarpon geographicalum y Rusavskia elegans , [85] la bacteria Bacillus safensis , [86] Deinococcus radiodurans , [86] Bacillus subtilis , [86] la levadura Saccharomyces cerevisiae , [86] las semillas de Arabidopsis thaliana ('berro de oreja de ratón'), [86] así como el animal invertebrado Tardígrado . [86] Si bien los tardígrados no se consideran verdaderos extremófilos, se los considera microorganismos extremotolerantes que han contribuido al campo de la astrobiología. Su extrema tolerancia a la radiación y la presencia de proteínas de protección del ADN pueden proporcionar respuestas sobre si la vida puede sobrevivir lejos de la protección de la atmósfera de la Tierra. [87]
La luna de Júpiter, Europa , [84] [88] [89] [90] [91] y la luna de Saturno, Encélado , [92] [36] ahora se consideran las ubicaciones más probables para la vida extraterrestre existente en el Sistema Solar debido a sus océanos de agua subterránea donde el calentamiento radiogénico y de mareas permite la existencia de agua líquida. [82]
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 en la Tierra primitiva eran propicias para la formación de compuestos orgánicos a partir de elementos inorgánicos y, por lo 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 permea el universo contiene compuestos orgánicos complejos ("sólidos orgánicos amorfos con una estructura aromática - alifática mixta ") que podrían ser creados de forma natural y rápida por las estrellas . [93] [94] [95] 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 un comienzo más fácil ya que estos compuestos orgánicos pueden servir como ingredientes básicos para la vida". [93]
Más del 20% del carbono del universo puede estar asociado con 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 . [96] Los HAP están sujetos a condiciones del medio interestelar y se transforman a través de la 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". [97] [98]
En octubre de 2020, los astrónomos propusieron la idea de detectar vida en planetas distantes estudiando las sombras de los árboles en determinados momentos del día para encontrar patrones que pudieran detectarse mediante la observación de exoplanetas. [99] [100]
David Grinspoon definió la astrobiología como un campo de la filosofía natural. [101] La astrobiología se relaciona con la filosofía al plantear preguntas sobre la naturaleza y la existencia de vida más allá de la Tierra. Las implicaciones filosóficas incluyen la definición de la vida misma, cuestiones de la filosofía de la mente y la ciencia cognitiva en caso de que se encuentre vida inteligente, cuestiones epistemológicas sobre la naturaleza de la prueba, consideraciones éticas de la exploración espacial, junto con el impacto más amplio del descubrimiento de vida extraterrestre en el pensamiento y la sociedad humanos.
Dunér [102] ha enfatizado la filosofía de la astrobiología como un ejercicio existencial continuo de autocomprensión individual y colectiva, cuya principal tarea es construir y debatir conceptos como el concepto de vida. Las cuestiones clave, para Dunér, son las cuestiones del dinero de los recursos y la planificación monetaria, las cuestiones epistemológicas sobre el conocimiento astrobiológico, las cuestiones lingüísticas sobre la comunicación interestelar, las cuestiones cognitivas como la definición de inteligencia , junto con la posibilidad de contaminación interplanetaria . Persson [103] también enfatizó cuestiones filosóficas clave en la astrobiología. Incluyen la justificación ética de los recursos, la cuestión de la vida en general, las cuestiones epistemológicas y el conocimiento sobre estar solo en el universo, la ética hacia la vida extraterrestre, la cuestión de la política y el gobierno de mundos deshabitados, junto con cuestiones de ecología .
Para von Hegner, [104] la cuestión de la astrobiología y la posibilidad de la astrofilosofía difieren. Para él, la disciplina necesita bifurcarse en astrobiología y astrofilosofía ya que las discusiones posibilitadas por la astrobiología, pero que han sido de naturaleza astrofilosófica, han existido desde que ha habido discusiones sobre la vida extraterrestre. La astrobiología es una interacción autocorrectiva entre la observación, la hipótesis, el experimento y la teoría, perteneciente a la exploración de todos los fenómenos naturales. La astrofilosofía consiste en métodos de análisis dialéctico y argumentación lógica, pertenecientes a la clarificación de la naturaleza de la realidad. Šekrst [105] sostiene que la astrobiología requiere la afirmación de la astrofilosofía, pero no como un cognado separado de la astrobiología. La postura del especismo conceptual, según Šekrst, permea la astrobiología ya que el mismo nombre astrobiología intenta hablar no solo de biología , sino de la vida de una manera general, que incluye la vida terrestre como un subconjunto. Esto nos lleva a redefinir la filosofía o a considerar la necesidad de la astrofilosofía como una disciplina más general, de la cual la filosofía es sólo un subconjunto que se ocupa de cuestiones como la naturaleza de la mente humana y otras cuestiones antropocéntricas .
La mayor parte de la filosofía de la astrobiología se ocupa de dos cuestiones principales: la cuestión de la vida y la ética de la exploración espacial. Kolb [106] hace hincapié específicamente en la cuestión de los virus , para los cuales la cuestión de si están vivos o no se basa en las definiciones de vida que incluyen la autorreplicación . Schneider [107] intentó definir la exovida, pero concluyó que a menudo comenzamos con nuestros propios prejuicios y que definir la vida extraterrestre parece inútil utilizando conceptos humanos. Para Dick, la astrobiología se basa en el supuesto metafísico de que existe vida extraterrestre, lo que reafirma cuestiones de la filosofía de la cosmología , como el ajuste fino o el principio antrópico .
La hipótesis de las Tierras Raras postula que las formas de vida multicelulares que se encuentran en la Tierra pueden ser en realidad más raras de lo que los científicos suponen. Según esta hipótesis, la vida en la Tierra (y más aún, la vida multicelular) es posible debido 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 se opone al 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 es más que probable que se encuentre en innumerables otros mundos.
La investigación sobre los límites ambientales de la vida y el funcionamiento de los ecosistemas extremos está en curso, lo que permite a los investigadores predecir mejor qué entornos planetarios podrían tener más probabilidades de albergar vida. Misiones como la sonda Phoenix , el Laboratorio Científico de Marte , ExoMars , el explorador 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 aterrizadores Viking llevaron cada uno cuatro tipos de experimentos biológicos a la superficie de Marte a finales de la década de 1970. Estos fueron los únicos aterrizadores marcianos que llevaron a cabo experimentos que buscaban específicamente el metabolismo de la vida microbiana actual en Marte . Los aterrizadores utilizaron un brazo robótico para recoger muestras de suelo en contenedores de prueba sellados en la nave. Los dos aterrizadores 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. [108] El resultado no fue concluyente, [109] y todavía es discutido por algunos científicos. [110] [111] [112] [113]
Norman Horowitz fue el jefe de la sección de biociencia del Laboratorio de Propulsión a Chorro de 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 más probabilidades de aportar soluciones, incluso exóticas, a los problemas de supervivencia de la vida en otros planetas. [114] Sin embargo, también consideraba que las condiciones encontradas en Marte eran incompatibles con la vida basada en el carbono.
Beagle 2 fue unmódulo de aterrizaje británico fallido que formó parte de la misión Mars Express de la Agencia Espacial Europea en 2003. Su principal propósito era buscar señales de vida en Marte , pasada o presente. Aunque aterrizó sin problemas, no pudo desplegar correctamente sus paneles solares y su antena de telecomunicaciones. [115]
EXPOSE es una instalación multiusuario montada en 2008 fuera de la Estación Espacial Internacional dedicada a la astrobiología. [116] [117] EXPOSE fue desarrollado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para vuelos espaciales de larga duración que permiten la exposición de productos químicos orgánicos y muestras biológicas al espacio exterior en órbita terrestre baja . [118]
La misión Mars Science Laboratory (MSL) aterrizó el rover Curiosity que actualmente está en funcionamiento en Marte . [119] 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 , [120] recopilar datos para una futura misión humana , estudiar la geología marciana, su clima y evaluar aún más el papel que el agua , un ingrediente esencial para la vida tal como la conocemos, jugó en la formación de minerales en Marte.
La misión Tanpopo es un experimento astrobiológico orbital que investiga la posible transferencia interplanetaria de vida, compuestos orgánicos y posibles partículas terrestres en la órbita baja de la Tierra. 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 al menos un año en el espacio. [121] Esto puede respaldar la idea de que los grupos de microorganismos de más de 0,5 milímetros podrían ser una forma de que la vida se propague de un planeta a otro. [121]
ExoMars es una misión robótica a Marte para buscar posibles biofirmas de vida marciana , pasada o presente. Esta misión astrobiológica está siendo desarrollada actualmente por la Agencia Espacial Europea (ESA) en asociación con la Agencia Espacial Federal Rusa (Roscosmos); su lanzamiento está previsto para 2022. [122] [123] [124]
El rover Perseverance de Mars 2020 aterrizó con éxito en el cráter Jezero el 18 de febrero de 2021. Investigará los entornos de Marte relevantes para la astrobiología, investigará los procesos geológicos de su superficie y su historia, incluida la evaluación de su habitabilidad pasada y el potencial de conservación de biofirmas y biomoléculas dentro de materiales geológicos accesibles. [125] El equipo de definición científica propone que el rover recopile y empaquete al menos 31 muestras de núcleos de roca y suelo para una misión posterior para traerlas de regreso para un análisis más definitivo 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 . [126] [127]
Europa Clipper es una misión planeada por la NASA para un lanzamiento en 2025 que realizará un reconocimiento detallado de la luna Europa de Júpiter e investigará si su océano interno podría albergar condiciones adecuadas para la vida. [128] [129] También ayudará en la selección de futuros sitios de aterrizaje . [130] [131]
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 helicóptero que realizará vuelos controlados entre múltiples ubicaciones en la superficie, lo que permite tomar muestras de diversas regiones y contextos geológicos. [132]
Icebreaker Life es una misión de aterrizaje que se propuso para el Programa Discovery de la NASA para la oportunidad de lanzamiento de 2021, [133] pero no fue seleccionada para su desarrollo. Habría tenido un módulo de aterrizaje estacionario que sería una copia cercana del exitoso Phoenix 2008 y habría llevado una carga útil científica de astrobiología mejorada, incluido un taladro de núcleo 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 . [134] [135] 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 compuestos orgánicos debido a la protección del hielo contra oxidantes y radiación .
Viaje a Encélado y Titán ( JET ) es un concepto de misión de astrobiología para evaluar elpotencial de habitabilidad de las lunas de Saturno , Encélado y Titán, por medio de un orbitador. [136] [137] [138]
Enceladus Life Finder ( ELF ) es un concepto de misión de astrobiología propuesto para una sonda espacial destinada a evaluar la habitabilidad del océano acuático interno de Encelado , la sexta luna más grande de Saturno . [139] [140]
LIFE ( Life Investigation For Enceladus ) es un concepto propuesto de misión de retorno de muestras de astrobiología. La nave espacial entraría en la órbita de Saturno y permitiría múltiples sobrevuelos a través de las columnas heladas de Encélado para recolectar partículas y volátiles de la columna helada y devolverlas a la Tierra en una cápsula. La nave espacial podría tomar muestras de las columnas de Encélado, el anillo E de Saturno y la atmósfera superior de Titán . [141] [142] [143]
Oceanus es un orbitador propuesto en 2017 para la misión New Frontiers No. 4. Viajaría a la luna de Saturno , Titán , para evaluar su habitabilidad . [144] Los objetivos de Oceanus son revelar la química orgánica , la geología, la gravedad y la topografía de Titán, recopilar datos de reconocimiento en 3D, catalogar los compuestos orgánicos y determinar dónde pueden interactuar con el agua líquida. [145]
Explorer of Enceladus and Titan ( E 2 T ) es un concepto de misión orbital que investigaría la evolución y habitabilidad de los satélites saturninos Encelado y Titán . El concepto de misión fue propuesto en 2017 por la Agencia Espacial Europea . [146]
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