¿Cuál es el origen de la vida? ¿Cómo se combinan las moléculas simples para crear formas de vida autorreplicantes? ¿Existe vida en otras partes del universo? Sin duda, esas son las preguntas más fundamentales de la humanidad. Pero, ¿cómo sabemos qué buscar? ¿Qué es un signo de vida? ¿Conoceremos la vida cuando la veamos?
Por supuesto, el primer intento inteligente es buscar la vida tal como la conocemos. Muchas razones apoyan esta idea. La vida en la Tierra está formada por los elementos más abundantes del universo: hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno, etc. El carbono es un átomo muy versátil, capaz de unirse a muchos otros elementos y producir todo tipo de tamaños y formas de moléculas, desde las más simples a moléculas grandes como la hemoglobina o el ADN.
Muchas regiones del espacio exterior tienen enormes nubes de gas y polvo mezcladas con material procedente de supernovas. Los astrónomos han detectado agua, esencial para la vida en la Tierra, y muchas moléculas orgánicas en esas nubes, a partir de monóxido de carbono o dióxido de carbono. a macromoléculas del tamaño de unos setenta átomos de carbono o fullerenos. Las estrellas y sus planetas se forman en esas regiones, y muchos exoplanetas terminan teniendo muchas moléculas orgánicas y de agua.
Pero la cuestión de la vida, por supuesto, va más allá de buscar elementos y moléculas. Por esa razón, los astrobiólogos buscan biofirmas. Una firma biológica es un objeto, una sustancia o un patrón cuyo origen requiere un proceso biológico.
La lista va desde moléculas bioorgánicas, estructuras con morfologías celulares, ciertos gases atmosféricos hasta rocas sedimentarias con patrones como huellas o bolitas fecales que se sospecha son producidas por organismos. Para que se consideren la mayoría de estas firmas biológicas, deben ser abundantes, características de alguna forma de ecosistema y muy poco probable que tengan un origen no biológico.
Definir firmas biológicas sigue siendo una discusión acalorada. Muchos científicos están de acuerdo en que la cuestión de la vida en otras partes del universo debería ser lo más amplia posible. Por esa razón, en 2018, el departamento de astrobiología de la NASA asignó una subvención de $7 millones a la Laboratorio de biofirmas agnósticasun equipo que busca vida extraterrestre como no la conocemos en la Tierra.
Las firmas biológicas agnósticas son aquellas que no están vinculadas a ningún componente característico de la vida tal como la conocemos, como elementos o moléculas particulares. En cambio, una firma biológica agnóstica puede surgir de una complejidad inesperada en un sistema que podría ser un entorno completo o un planeta completo.
Investigando la complejidad planetaria, no la composición
En un artículo publicado ayer en Nature Astronomy, Stuart Bartlett y sus colaboradores proponen que la evaluación de la complejidad y la aleatoriedad de los procesos físicos que ocurren en un exoplaneta podría usarse como indicador de vida. Su idea es utilizar la teoría de la información para caracterizar los exoplanetas que potencialmente albergan una biosfera al considerar una alternativa al concepto tradicional de biofirma. “No podemos ignorar la gran posibilidad de que la vida extraterrestre pueda ser química y materialmente diferente de la vida tal como la conocemos, y esto ha llevado a algunos investigadores a considerar firmas biológicas alternativas y agnósticas”, escribieron.
¿Qué es la complejidad? Hemos tenido mucho éxito en la descripción del comportamiento de muchos sistemas mediante la comprensión de la física de sus elementos. Por ejemplo, podemos modelar un circuito eléctrico, con mucha precisión, simplemente observando las resistencias, los capacitores y los cables que los conectan, sin importar cuán complicados parezcan.
en un sistema complejo, por el contrario, las interacciones y relaciones entre sus componentes y el sistema con su entorno lo hacen extremadamente difícil de describir. Los organismos vivos, el clima de un planeta o las organizaciones sociales y económicas son ejemplos de sistemas complejos que no pueden entenderse completamente observando sus componentes.
La asociación entre la complejidad y el surgimiento de la vida es clara. Los investigadores utilizan una técnica computacional para calcular la complejidad de un planeta utilizando datos de observación organizados en el tiempo. Argumentan que sus métodos pueden usarse para comparar planetas. Los valores de complejidad crecientes con el tiempo pueden revelar una complejidad planetaria creciente.
También investigan la Tasa de entropía de Shannon, que cuantifica “el grado de aleatoriedad en el proceso, o la velocidad a la que se genera la ‘sorpresa’”. El aumento de la complejidad y la entropía de Shannon significan que el planeta es rico en su proceso dinámico: está lejos de ser una roca muerta y probablemente tenga una geología y una dinámica atmosférica interesantes.
Los autores explican:
“Por extensión de la asociación entre vida y complejidad, podemos proponer la siguiente hipótesis: aquellos planetas que exhiban la mayor complejidad tendrán la mayor probabilidad de fomentar sus propias biosferas.
Por ejemplo, imagine que se detecta oxígeno en una atmósfera planetaria y se afirma que el descubrimiento es indicativo de una biosfera. Si el planeta exhibe una baja complejidad y baja entropía, podríamos cuestionar si el oxígeno proviene de una fuente abiótica o es un subproducto de un proceso geoquímico. ya que la vida se distingue no solo por lo que produce o de lo que está hecha, sino por lo que hace.
Por el contrario, un exoplaneta observado puede no exhibir características espectrales o químicas asociadas con la vida tal como la conocemos, pero puede mostrar una gran complejidad. En este caso, el planeta podría ser digno de más estudio porque la alta complejidad sugeriría una gran capacidad computacional y riqueza física”.
La vida como no la conocemos pero la complejidad como la conocemos
Cuando los científicos proponen un marco novedoso, el primer paso es probarlo en sistemas bien conocidos. Stuart Bartlett y sus colaboradores utilizaron su método para investigar y comparar la Tierra con Júpiter. Utilizaron datos atmosféricos y de superficie del Satélite de Observación de la Tierra de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). Observatorio Climático del Espacio Profundo para evaluar la complejidad de la Tierra y la entropía de Shannon. Para Júpiter, usaron datos del Misión NASA-Cassini.
Descubrieron que la Tierra es un 50% más compleja y tiene una tasa de entropía un 43% más alta que Júpiter en promedio. Los autores argumentaron que, aunque las características más complejas de la Tierra provienen de estructuras abióticas: nubes y superficies, por ejemplo, está claro que están «fuerte e inextricablemente vinculadas a la biosfera».
“Parece muy poco probable que la eliminación o ausencia de vida deje las principales características abióticas de la Tierra sin cambios triviales. Parece más probable que el sistema climático, los océanos, la litosfera y los ciclos de la materia adopten composiciones, regímenes dinámicos y apariencia diferentes, dado que el planeta no es solo la suma lineal de sus componentes”.
Todo un planeta como el ser vivo.
Los criterios para una biofirma agnóstica propuestos por Bartlett y colaboradores consideran la vida como un fenómeno planetario, “algo que le sucede a un planeta, no en un planeta”. No significa que consideren a los planetas como organismos vivos, sino que las fuentes bióticas y abióticas coevolucionan indisolublemente para que la vida tenga éxito.
Aunque sus estudios no son concluyentes y no pueden tomarse como prueba de su hipótesis, afirmando que la complejidad se correlaciona con la vida, sus métodos parecen tener un gran potencial para comparar exoplanetas discriminando el que tiene más cambios para albergar una biosfera.
Proponer biofirmas para la vida como no la conocemos parece un desafío; cruza la frontera entre la ciencia y la filosofía, donde la pregunta de fondo es: ¿Qué es la vida?
Referencias
Bartlett, S., Li, J., Gu, L., Sinapayen, L., Fan, S., Natraj, V., Jiang, JH, Crisp, D. y Yung, YL (2022). Evaluación de la complejidad planetaria y las biofirmas agnósticas potenciales utilizando máquinas épsilon. Astronomía de la naturaleza. https://doi.org/10.1038/s41550-021-01559-x
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¿Podemos encontrar la vida? | La búsqueda de la vida –. (2020, 15 de diciembre). Exploración de exoplanetas: planetas más allá de nuestro sistema solar. Recuperado el 8 de febrero de 2022, de https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/can-we-find-life/
Kaufman, M. (13 de septiembre de 2019). Astrobiología de la NASA. Astrobiología en la NASA. Recuperado el 8 de febrero de 2022, de https://astrobiology.nasa.gov/news/agnostic-biosignatures-and-the-path-to-life-as-we-dont-know-it/
Ilustración de Dana Dumea.
