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Panspermia

La panspermia propone que organismos como las bacterias , junto con su ADN , podrían ser transportados por medios como los cometas a través del espacio hasta planetas, incluida la Tierra .

La panspermia (del griego antiguo πᾶν (pan)  'todo' y σπέρμα (sperma)  'semilla') es la hipótesis de que la vida existe en todo el Universo , distribuida por el polvo espacial , [1] meteoroides , [2] asteroides , cometas , [3] y planetoides , [4] así como por naves espaciales que llevan contaminación no intencionada por microorganismos , [5] [6] [7] conocida como panspermia dirigida . La teoría sostiene que la vida no se originó en la Tierra, sino que evolucionó en otro lugar y sembró la vida tal como la conocemos.

La panspermia se presenta en muchas formas, como la radiopanspermia, la litopanspermia y la panspermia dirigida . Independientemente de su forma, las teorías generalmente proponen que los microbios capaces de sobrevivir en el espacio (como ciertos tipos de bacterias o esporas de plantas [8] ) pueden quedar atrapados en los desechos expulsados ​​al espacio después de las colisiones entre planetas y pequeños cuerpos del Sistema Solar que albergan vida. [9] Estos desechos que contienen las formas de vida son luego transportados por meteoritos entre cuerpos en un sistema solar, o incluso a través de sistemas solares dentro de una galaxia. De esta manera, los estudios de panspermia se concentran no en cómo comenzó la vida sino en los métodos que pueden distribuirla dentro del Universo. [10] [11] [12] Este punto se utiliza a menudo como una crítica a la teoría.

La panspermia es una teoría marginal con poco apoyo entre los científicos convencionales. [13] Los críticos argumentan que no responde a la pregunta sobre el origen de la vida , sino que simplemente la ubica en otro cuerpo celeste. También se la critica porque no se puede probar experimentalmente. Históricamente, las disputas sobre el mérito de esta teoría se centraron en si la vida es ubicua o emergente en todo el Universo. [14] Debido a su larga historia, la teoría mantiene su apoyo en la actualidad, y se está trabajando para desarrollar tratamientos matemáticos de cómo la vida podría migrar naturalmente por todo el Universo. [15] [16] Su larga historia también se presta a una amplia especulación y engaños que han surgido a partir de eventos meteoríticos.

Historia

La panspermia tiene una larga historia, que se remonta al siglo V a. C. y al filósofo natural Anaxágoras . [17] Los clasicistas llegaron a estar de acuerdo en que Anaxágoras sostenía que el Universo (o Cosmos) estaba lleno de vida, y que la vida en la Tierra comenzó a partir de la caída de estas semillas extraterrestres. [18] Sin embargo, la panspermia como se la conoce hoy en día no es idéntica a esta teoría original. El nombre, tal como se aplicó a esta teoría, fue acuñado por primera vez en 1908 por Svante Arrhenius , un científico sueco. [14] [19] Antes de esto, desde alrededor de la década de 1860, muchos científicos destacados se estaban interesando en la teoría, por ejemplo, Sir Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe . [20] [21]

En la década de 1860, hubo tres desarrollos científicos que comenzaron a centrar la atención de la comunidad científica en el problema del origen de la vida. [14] En primer lugar, la teoría nebular de Kant-Laplace sobre el sistema solar y la formación planetaria estaba ganando terreno, e implicaba que cuando la Tierra se formó por primera vez, las condiciones de la superficie habrían sido inhóspitas para la vida tal como la conocemos. Esto significaba que la vida no podría haber evolucionado en paralelo con la Tierra, y debe haber evolucionado en una fecha posterior, sin precursores biológicos. En segundo lugar, la famosa teoría de la evolución de Charles Darwin implicaba algún origen elusivo, porque para que algo evolucione, debe comenzar en alguna parte. En su Origen de las especies , Darwin no pudo o no quiso tocar este tema. [22] En tercer y último lugar, Louis Pasteur y John Tyndall refutaron experimentalmente la teoría (ahora reemplazada) de la generación espontánea , que sugería que la vida evolucionaba constantemente a partir de materia no viva y no tenía un ancestro común, como sugería la teoría de la evolución de Darwin.

En conjunto, estos tres avances científicos plantearon a la comunidad científica una situación aparentemente paradójica en lo que respecta al origen de la vida: la vida debe haber evolucionado a partir de precursores no biológicos después de que se formara la Tierra y, sin embargo, la teoría de la generación espontánea había sido refutada experimentalmente. A partir de aquí, es donde se ramificó el estudio del origen de la vida. Aquellos que aceptaron el rechazo de Pasteur a la generación espontánea comenzaron a desarrollar la teoría de que, en condiciones (desconocidas) en una Tierra primitiva, la vida debe haber evolucionado gradualmente a partir de material orgánico. Esta teoría se conoció como abiogénesis y es la que se acepta actualmente. Del otro lado de esto están los científicos de la época que rechazaron los resultados de Pasteur y, en cambio, apoyaron la idea de que la vida en la Tierra provino de la vida existente. Esto requiere necesariamente que la vida haya existido siempre en algún lugar de algún planeta y que tenga un mecanismo de transferencia entre planetas. Así, comenzó en serio el tratamiento moderno de la panspermia.

Lord Kelvin , en una presentación ante la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia en 1871, propuso la idea de que, de manera similar a cómo las semillas pueden ser transferidas a través del aire por los vientos, también puede la vida ser traída a la Tierra por la caída de un meteorito portador de vida. [14] Propuso además la idea de que la vida solo puede provenir de la vida, y que este principio es invariable bajo el uniformismo filosófico , de manera similar a cómo la materia no puede ser creada ni destruida . [23] Este argumento fue duramente criticado debido a su audacia, y además debido a objeciones técnicas de la comunidad en general. En particular, Johann Zollner de Alemania argumentó en contra de Kelvin diciendo que los organismos transportados en meteoritos a la Tierra no sobrevivirían al descenso a través de la atmósfera debido al calentamiento por fricción. [14] [24]

Los debates se sucedieron hasta que Svante Arrhenius le dio a la teoría su tratamiento y designación modernos. Arrhenius argumentó en contra de la abiogénesis sobre la base de que no tenía fundamento experimental en ese momento y creía que la vida siempre había existido en algún lugar del Universo. [19] Centró sus esfuerzos en desarrollar el mecanismo o los mecanismos por los cuales esta vida omnipresente puede transferirse a través del Universo. En ese momento, se descubrió recientemente que la radiación solar puede ejercer presión, y por lo tanto fuerza, sobre la materia. Arrhenius concluyó entonces que es posible que organismos muy pequeños como las esporas bacterianas pudieran moverse debido a esta presión de radiación . [19]

En ese momento, la teoría de la panspermia contaba con un mecanismo de transporte potencialmente viable, así como con un vehículo para llevar la vida de un planeta a otro. La teoría aún enfrentaba críticas, principalmente debido a las dudas sobre cuánto tiempo sobrevivirían realmente las esporas en las condiciones de su transporte de un planeta, a través del espacio, a otro. [25] A pesar de todo el énfasis puesto en tratar de establecer la legitimidad científica de esta teoría, aún carecía de capacidad de prueba; ese fue y sigue siendo un problema grave que la teoría aún no ha superado.

Sin embargo, la teoría persistió, y Fred Hoyle y Chandra Wickramasinghe esgrimieron dos razones para explicar por qué se podría preferir un origen extraterrestre de la vida. La primera es que las condiciones requeridas para el origen de la vida pueden haber sido más favorables en otro lugar que no fuera la Tierra, y la segunda es que la vida en la Tierra exhibe propiedades que no se explican al suponer un origen endógeno . [14] [20] Hoyle estudió los espectros del polvo interestelar y llegó a la conclusión de que el espacio contenía grandes cantidades de compuestos orgánicos, que, según él, eran los componentes básicos de las estructuras químicas más complejas. [26] Hoyle argumentó críticamente que era poco probable que esta evolución química hubiera tenido lugar en una Tierra prebiótica, y que, en cambio, el candidato más probable es un cometa. [14] Además, Hoyle y Wickramasinghe concluyeron que la evolución de la vida requiere un gran aumento de la información genética y la diversidad, que podría haber resultado de la afluencia de material viral desde el espacio a través de los cometas. [20] Hoyle informó (en una conferencia en Oxford el 16 de enero de 1978) de un patrón de coincidencia entre la llegada de grandes epidemias y las ocasiones de encuentros cercanos con cometas, lo que llevó a Hoyle a sugerir [27] que las epidemias eran un resultado directo del material que caía de estos cometas. [14] Esta afirmación en particular cosechó críticas de los biólogos.

Desde la década de 1970, una nueva era de exploración planetaria significó que los datos podían usarse para probar la panspermia y potencialmente transformarla de una conjetura a una teoría comprobable. Aunque todavía no se ha comprobado, la panspermia todavía se explora hoy en día en algunos tratamientos matemáticos, [28] [16] [15] y, como sugiere su larga historia, el atractivo de la teoría ha resistido la prueba del tiempo.

Descripción general

Requisitos básicos

La panspermia requiere:

  1. que la vida siempre ha existido en algún lugar del Universo [18]
  2. que las moléculas orgánicas se originaron en el espacio (quizás para ser distribuidas a la Tierra) [14]
  3. que la vida se originó a partir de estas moléculas, extraterrestres [8]
  4. que esta vida extraterrestre fue transportada a la Tierra. [19]

La creación y distribución de moléculas orgánicas desde el espacio es hoy indiscutible; se la conoce como pseudopanspermia . Sin embargo, el salto de materiales orgánicos a la vida proveniente del espacio es hipotético y actualmente no se puede comprobar.

Buques de transporte

Las esporas bacterianas y las semillas de plantas son dos de los recipientes propuestos comúnmente para la panspermia. Según la teoría, podrían estar encerradas en un meteorito y ser transportadas a otro planeta desde su origen, descender posteriormente a través de la atmósfera y poblar la superficie con vida (véase la litopanspermia a continuación). Naturalmente, esto requiere que estas esporas y semillas se hayan formado en otro lugar, tal vez incluso en el espacio en el caso de cómo la panspermia trata con las bacterias. La comprensión de la teoría de la formación planetaria y los meteoritos ha llevado a la idea de que algunos cuerpos rocosos que se originan a partir de cuerpos progenitores indiferenciados podrían ser capaces de generar condiciones locales propicias para la vida. [15] Hipotéticamente, el calentamiento interno de los isótopos radiogénicos podría derretir el hielo para proporcionar agua y energía. De hecho, se ha descubierto que algunos meteoritos muestran signos de alteración acuosa que pueden indicar que este proceso ha tenido lugar. [15] Dado que hay una cantidad tan grande de estos cuerpos encontrados dentro del Sistema Solar, se puede argumentar que cada uno de ellos proporciona un sitio potencial para el desarrollo de la vida. Una colisión que se produzca en el cinturón de asteroides podría alterar la órbita de uno de estos sitios y eventualmente llevarlo a la Tierra.

Las semillas de plantas pueden ser un vehículo de transporte alternativo. Algunas plantas producen semillas que son resistentes a las condiciones del espacio, [8] que se ha demostrado que permanecen latentes en el frío extremo, el vacío y resisten la radiación UV de longitud de onda corta. [8] Por lo general, no se propone que se originaron en el espacio, sino en otro planeta. Teóricamente, incluso si una planta se daña parcialmente durante su viaje en el espacio, los pedazos aún podrían generar vida en un entorno estéril. [8] La esterilidad del entorno es relevante porque no está claro si la nueva planta podría competir con las formas de vida existentes. Esta idea se basa en evidencia previa que muestra que la reconstrucción celular puede ocurrir a partir de citoplasmas liberados de algas dañadas. [8] Además, las células vegetales contienen endosimbiontes obligados , que podrían liberarse en un nuevo entorno.

Aunque se han propuesto tanto las semillas de plantas como las esporas bacterianas como vehículos potencialmente viables, se debate su capacidad no sólo para sobrevivir en el espacio durante el tiempo requerido, sino también para sobrevivir a la entrada atmosférica.

Las sondas espaciales pueden ser un mecanismo de transporte viable para la polinización cruzada interplanetaria dentro del Sistema Solar. Las agencias espaciales han implementado procedimientos de protección planetaria para reducir el riesgo de contaminación planetaria, [29] [30] pero microorganismos como Tersicoccus phoenicis pueden ser resistentes a la limpieza del ensamblaje de la nave espacial . [5] [6]

Variaciones de la teoría de la panspermia

Algunos microbios parecen capaces de sobrevivir a los procedimientos de protección planetaria aplicados a las naves espaciales en salas limpias , destinados a prevenir la contaminación planetaria accidental. [5] [6]

La panspermia se subdivide generalmente en dos clases: la transferencia se produce entre planetas del mismo sistema (interplanetaria) o entre sistemas estelares (interestelar). Otras clasificaciones se basan en diferentes mecanismos de transporte propuestos, como se indica a continuación.

Radiopanspermia

En 1903, Svante Arrhenius propuso la radiopanspermia, la teoría de que formas de vida microscópicas singulares pueden propagarse en el espacio, impulsadas por la presión de radiación de las estrellas. [31] Este es el mecanismo por el cual la luz puede ejercer una fuerza sobre la materia. Arrhenius argumentó que las partículas con un tamaño crítico por debajo de 1,5 μm serían impulsadas a alta velocidad por la presión de radiación de una estrella. [19] Sin embargo, debido a que su efectividad disminuye con el aumento del tamaño de la partícula, este mecanismo solo se aplica a partículas muy pequeñas, como esporas bacterianas individuales .

Contraargumentos

La principal crítica a la radiopanspermia vino de Iosif Shklovsky y Carl Sagan , quienes citaron evidencia de la acción letal de la radiación espacial ( UV y rayos X ) en el cosmos. [32] Si se expulsan suficientes de estos microorganismos al espacio, algunos podrían llover sobre un planeta en un nuevo sistema estelar después de 10 6 años vagando por el espacio interestelar. [ cita requerida ] Habría enormes tasas de mortalidad de los organismos debido a la radiación y las condiciones generalmente hostiles del espacio, pero, no obstante, algunos consideran que esta teoría es potencialmente viable. [ cita requerida ]

Los datos recopilados por los experimentos orbitales ERA , BIOPAN , EXOSTACK y EXPOSE mostraron que las esporas aisladas, incluidas las de B. subtilis , murieron rápidamente si se exponían al entorno espacial completo durante solo unos segundos, pero si se protegían de los rayos UV solares , las esporas eran capaces de sobrevivir en el espacio hasta seis años mientras estaban incrustadas en arcilla o polvo de meteorito (meteoritos artificiales). [33] Por lo tanto, las esporas necesitarían estar fuertemente protegidas contra la radiación UV: la exposición del ADN desprotegido a los rayos UV solares y la radiación ionizante cósmica lo descompondría en sus bases constituyentes. [34] Se requieren rocas de al menos 1 metro de diámetro para proteger eficazmente a los microorganismos resistentes, como las esporas bacterianas, contra la radiación cósmica galáctica . [35] Además, exponer el ADN al vacío ultraalto del espacio por sí solo es suficiente para causar daño al ADN , por lo que el transporte de ADN o ARN desprotegidos durante vuelos interplanetarios impulsados ​​​​solo por presión ligera es extremadamente improbable. [36]

Se desconoce la viabilidad de otros medios de transporte para las esporas más masivas protegidas hacia el Sistema Solar exterior (por ejemplo, mediante la captura gravitacional por parte de los cometas). Hay pocas pruebas que respalden plenamente la hipótesis de la radiopanspermia.

Litopanspermia

Este mecanismo de transporte surgió generalmente tras el descubrimiento de exoplanetas y la repentina disponibilidad de datos tras el crecimiento de la ciencia planetaria. [18] La litopanspermia es la transferencia propuesta de organismos en rocas de un planeta a otro a través de objetos planetarios como cometas o asteroides , y sigue siendo especulativa. Una variante sería que los organismos viajaran entre sistemas estelares en exoplanetas nómadas o exolunas. [37]

Aunque no hay evidencia concreta de que la litopanspermia haya ocurrido en el Sistema Solar, las diversas etapas se han vuelto susceptibles de pruebas experimentales. [38]

La litopanspermia, descrita por el mecanismo anterior, puede existir tanto como interplanetaria como interestelar. Es posible cuantificar los modelos de panspermia y tratarlos como teorías matemáticas viables. Por ejemplo, un estudio reciente de los planetas del sistema planetario Trappist-1 presenta un modelo para estimar la probabilidad de panspermia interplanetaria, similar a estudios realizados en el pasado sobre la panspermia Tierra-Marte. [16] Este estudio encontró que la litopanspermia es "órdenes de magnitud más probable de ocurrir" [16] en el sistema Trappist-1 en comparación con el escenario Tierra-Marte. Según su análisis, el aumento en la probabilidad de litopanspermia está vinculado a una mayor probabilidad de abiogénesis entre los planetas Trappist-1. En cierto modo, estos tratamientos modernos intentan mantener la panspermia como un factor que contribuye a la abiogénesis, en contraposición a una teoría que se opone directamente a ella. En consonancia con ello, se sugiere que si se pudieran detectar biofirmas en dos (o más) planetas adyacentes, ello proporcionaría pruebas de que la panspermia es un mecanismo potencialmente necesario para la abiogénesis. Hasta el momento, no se ha hecho ningún descubrimiento de ese tipo.

También se ha planteado la hipótesis de que la litopanspermia opera entre sistemas estelares. Un análisis matemático, que estima el número total de objetos rocosos o helados que podrían ser capturados por sistemas planetarios dentro de la Vía Láctea , ha concluido que la litopanspermia no está necesariamente ligada a un solo sistema estelar. [28] Esto no solo requiere que estos objetos tengan vida en primer lugar, sino también que sobreviva al viaje. Por lo tanto, la litopanspermia intragaláctica depende en gran medida de la vida útil de supervivencia de los organismos, así como de la velocidad del transportador. Una vez más, no hay evidencia de que tal proceso haya ocurrido o pueda ocurrir.

Contraargumentos

La naturaleza compleja de los requisitos para la litopanspermia, así como la evidencia en contra de la longevidad de las bacterias capaces de sobrevivir en estas condiciones, [25] hacen que la litopanspermia sea una teoría difícil de respaldar. Dicho esto, los eventos de impacto ocurrieron mucho en las primeras etapas de la formación del sistema solar, y todavía ocurren en cierta medida hoy en día dentro del cinturón de asteroides. [46]

Panspermia dirigida

Propuesta por primera vez en 1972 por el ganador del premio Nobel Francis Crick , junto con Leslie Orgel , la panspermia dirigida es la teoría de que la vida fue traída deliberadamente a la Tierra por un ser inteligente superior de otro planeta. [47] A la luz de la evidencia en ese momento de que parece improbable que un organismo haya sido entregado a la Tierra mediante radiopanspermia o litopanspermia, Crick y Orgel propusieron esto como una teoría alternativa, aunque vale la pena señalar que Orgel no se tomó tan en serio la afirmación. [48] Reconocen que faltan pruebas científicas, pero discuten qué tipo de pruebas serían necesarias para respaldar la teoría. En una línea similar, Thomas Gold sugirió que la vida en la Tierra podría haberse originado accidentalmente a partir de una pila de "basura cósmica" arrojada a la Tierra hace mucho tiempo por seres extraterrestres. [49] Estas teorías a menudo se consideran más ciencia ficción, sin embargo, Crick y Orgel usan el principio de reversibilidad cósmica para argumentar a favor.

Este principio se basa en el hecho de que si nuestra especie es capaz de infectar un planeta estéril, ¿qué impide que otra sociedad tecnológica haya hecho lo mismo en la Tierra en el pasado? [47] Llegaron a la conclusión de que sería posible infectar deliberadamente otro planeta en un futuro previsible. En cuanto a las pruebas, Crick y Orgel argumentaron que, dada la universalidad del código genético, se deduce que una teoría infecciosa de la vida es viable. [47]

La panspermia dirigida podría, en teoría, demostrarse encontrando un mensaje distintivo que hubiera sido implantado deliberadamente en el genoma o en el código genético de los primeros microorganismos por nuestro hipotético progenitor, hace unos 4 mil millones de años. [50] Sin embargo, no se conoce ningún mecanismo que pueda impedir que la mutación y la selección natural eliminen dicho mensaje durante largos períodos de tiempo. [51]

Contraargumentos

En 1972, tanto la abiogénesis como la panspermia fueron vistas como teorías viables por diferentes expertos. [18] En vista de esto, Crick y Orgel argumentaron que faltaban las evidencias experimentales necesarias para validar una teoría sobre la otra. [47] Dicho esto, hoy en día existen evidencias sólidas a favor de la abiogénesis sobre la panspermia, mientras que las evidencias a favor de la panspermia, particularmente la panspermia dirigida, son decididamente insuficientes.

Origen y distribución de moléculas orgánicas: Pseudo-panspermia

La pseudopanspermia es la hipótesis bien sustentada de que muchas de las pequeñas moléculas orgánicas utilizadas para la vida se originaron en el espacio y se distribuyeron a las superficies planetarias . La vida luego surgió en la Tierra , y quizás en otros planetas , por los procesos de abiogénesis . [52] [53] La evidencia de la pseudopanspermia incluye el descubrimiento de compuestos orgánicos como azúcares, aminoácidos y nucleobases en meteoritos y otros cuerpos extraterrestres, [54] [55] [56] [57] [58] y la formación de compuestos similares en el laboratorio bajo condiciones del espacio exterior. [59] [60] [61] [62] Se ha explorado un sistema de poliéster prebiótico como ejemplo. [63] [64]

Engaños y especulaciones

Meteorito de Orgueil

El 14 de mayo de 1864, veinte fragmentos de un meteorito se estrellaron en la ciudad francesa de Orgueil. En 1965 se descubrió que un fragmento separado del meteorito de Orgueil (guardado en un frasco de vidrio sellado desde su descubrimiento) tenía una cápsula de semillas incrustada en él, mientras que la capa vítrea original en el exterior permaneció intacta. A pesar del gran entusiasmo inicial, se descubrió que la semilla era la de una planta Juncaceae o junco europeo que había sido pegada al fragmento y camuflada con polvo de carbón . [8] La "capa de fusión" externa era de hecho pegamento. Si bien se desconoce quién cometió este engaño, se cree que intentaron influir en el debate del siglo XIX sobre la generación espontánea (en lugar de la panspermia) al demostrar la transformación de materia inorgánica en biológica. [65]

Omuamua

En 2017, el telescopio Pan-STARRS en Hawái detectó un objeto rojizo de hasta 400 metros de longitud. El análisis de su órbita proporcionó evidencia de que se trataba de un objeto interestelar, originado fuera de nuestro Sistema Solar. [66] A partir de esto, Avi Loeb especuló que el objeto era en realidad un artefacto de una civilización extraterrestre y podría ser potencialmente evidencia de panspermia dirigida. [67] Esta afirmación ha sido considerada improbable por otros autores. [68]

Véase también

Referencias

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