ALGO DE BIOFÍSICA
Antes de tratar el tema de la Astrobiología, debo presentar algunos conceptos biológicos que son de suma importancia para la práctica de la Astrobiología desde mediados del siglo pasado. Comenzaré con la definición operacional de vida:
Desde el enfoque Biofísico, vida es un estado de la energía cuántica en algunos sistemas cuasi-estables que determina una serie de intervalos que demoran la dispersión espontánea de la energía interna de esos sistemas hacia más microestados potenciales.
Es preciso que nos detengamos un poco para explicar rápidamente algunos términos contenidos en la definición de vida:
Definición operacional es una descripción de una variable, un término, o un objeto en términos del proceso específico o del conjunto de pruebas de validación usado para determinar su presencia y cantidad. Las propiedades descritas de esta manera deben ser públicamente accesibles para que las personas distintas a la persona que definió el concepto puedan medir o puedan probarlo independientemente a voluntad, para ellos mismos.
Una definición operacional se diseña generalmente para modelar una definición conceptual, es decir, usando palabras y conceptos para describir una variable.
Espacio fásico es el espacio en el cual se representan todos los estados posibles de un sistema. El espacio fásico se forma por las posiciones generalizadas y sus momentos conjugados correspondientes.
Momento conjugado es la derivada de la diferencia entre la energía cinética y la energía potencial con respecto a una coordenada integral.
Demora no es lo mismo que reversión. Muchos autores dicen que la vida consiste en revertir o contraponer la segunda ley de la termodinámica, lo cual no es verdadero. La ley referida se refiere a que la energía siempre fluye desde un espacio o sistema con alta densidad de energía hacia otro espacio o sistema con una densidad de energía menor, y esto es precisamente lo que ocurre en la vida. El Universo posee una densidad de energía mayor que la de los biosistemas. Si fuese de otra forma, la vida no sería posible.
La confusión se originó cuando se subordinaron las propiedades asociadas con la entropía como alternativas para explicar el principio térmico; por ejemplo, el orden, la complejidad, etc. Sin embargo, para adquirir orden o para ser complejo, el biosistema debe transferir desorden hacia el Universo y tomar complejidad desde el Universo. Visto de esta manera, no existe violación alguna al principio de la termodinámica, toda vez que los biosistemas son más desordenados que el Universo y su desorden fluye desde el sistema más desordenado (los biosistemas) hacia el menos desordenado (el Universo). El mayor orden del Universo -como un todo- en contraste con cualquiera de sus partes, es especificado en la teoría de los campos de densidad de energía de Higgs.
Dado que la vida implica un estado de la energía, es preciso que sepamos qué es la energía. Energía es la capacidad para hacer trabajo, o sea, una función de las propiedades cuantificables de un sistema proporcionado.
Otro término usado en la conceptuación de vida, de suma importancia para su formulación, es el de la Energía Cuántica, el término se refiere a la suma de la energía cinética y la energía potencial en una partícula, que puede ser fermión o bosón.
La Energía Cuántica (para ser preciso, la energía contenida por una partícula o cuanto) es proporcional a la frecuencia de la radiación electromagnética a la que esa partícula de energía corresponde.
La fórmula para obtener el valor de la Energía Cuántica es E = h f, donde E es la energía cuántica del fotón, h es la constante de Planck (6.626 X 10e-34 J.s) y f es la frecuencia de vibración de la energía radiante.
En la definición operacional de vida usé el concepto de energía interna: Energía interna de un sistema es la energía asociada al movimiento de las moléculas en un sistema termodinámico, es decir, la energía subordinada a la temperatura de tal sistema. En una transferencia de energía, la energía interna de un biosistema es la que ya ha traspasado los límites, reales o imaginarios, hacia el interior de dicho sistema. Por ejemplo, un bionte multicelular posee una cubierta externa protectora que lo aísla parcialmente del entorno. Cada célula de un bionte multicelular posee una membrana o una pared que se constituyen como sus límites reales. Dentro de cada célula existen organelos, como las mitocondrias, los cloroplastos, etc., que poseen membranas como límites reales. Etc.
En la definición de energía interna evité mencionar las palabras “desordenadamente”, “azar” y “caos” en relación con el movimiento molecular porque los movimientos a nivel mesoscópico los movimientos están sujetos a las leyes fundamentales microscópicas que pueden trazarse formalmente por ser nociones matemáticas de fenómenos naturales; por lo tanto, los movimientos moleculares no son caóticos, desordenados o al azar. Una pequeña variación en las condiciones iniciales puede producir un cambio en el desplazamiento de las partículas, ya sea que nosotros percibamos o no esa oscilación microscópica o la ley que la gobierna.
Lo que denominamos Estado Cuántico consiste en la posición, movimiento y densidad de la energía que sigue una trayectoria de onda en cantidades mínimas o cuantos. En este caso, nos referimos a las partículas, como los fermiones y los bosones, que establecen la función de distribución de la energía en los intervalos de retardo en la transferencia espontánea de la misma.
Los fermiones son partículas que obedecen al Principio de Exclusión de Pauli por poseer un momento angular intrínseco que, medido en unidades de ћ [spin], es igual a un número impar de semi-enteros (1/2, 3/2, etc.), por lo que os fermiones no pueden coexistir en una misma posición. Todas las partículas que constituyen a la materia son fermiones; por ejemplo, electrones, quarks, leptones, protones, neutrones, etc.
Por otra parte, los bosones son partículas que no obedecen al Principio de Exclusión de Pauli y pueden coexistir en la misma posición debido a que su momento angular siempre es un número entero (0, 1, 2, 3, etc.). Por ejemplo, fotones, gluones, partículas ω- y ω+, gravitones, etc.
Momento Angular Spin se refiere a la presencia de momento angular en una partícula elemental cuantizada y no a su movimiento rotatorio. La magnitud del spin de una partícula cuantizada se obtiene por la relación,
L = ћ √ s (s + 1)
En donde ћ es Constante de Planck Reducida [ћ = h/2π = 1.054572 x 10-27 g-cm2/s] y s es una integral o una media-integral no negativa.
h = 6.6260693 x 10-34 J.s
π = 3.1415926535897932384626433832795
Densidad de energía es la cantidad de energía almacenada en un sistema dado, o en una región espacial, por unidad de masa o de volumen. Por ejemplo, el Hidrógeno líquido posee una densidad de energía de 120 Mega-Joules por kilogramo. La glucosa posee 17 Mega-Joules por kilogramo, etc.
Proceso espontáneo es aquél en el cual la energía siempre se dispersa hacia más microestados potenciales. Por ello, cuando hablamos de vida, nos referimos a un estado no-espontáneo. Para que ocurra un proceso espontáneo no se requiere la agregación de energía del entorno, sino de la transferencia de energía hacia el entorno (proceso exergónico). En cambio, en la vida los procesos son endergónicos, o sea, no-espontáneos.
En la definición de vida también introduje el concepto de intervalo. Un intervalo es un subconjunto de estados situado entre un estado inicial y un estado final.
Por último, el estado cuántico de la energía en un sistema biótico se establece mediante el flujo de fermiones y bosones que poseen una densidad de energía cuasi-estable durante la transferencia y almacenamiento de la energía considerada durante períodos limitados de tiempo. Por ejemplo, en el proceso de Biotransferencia Térmica Transcuántica de la fotosíntesis estudiamos las posiciones, la densidad y los movimientos de la energía interna de un bosón (fotón) y de los fermiones (electrones y protones) implicados en las transferencias consecutivas de la energía liberada por ese bosón. En la Biotransferencia Térmica Transcuántica de la fermentación estudiamos la densidad y los movimientos de la energía interna de los fermiones. Etc.
Cuando estudiamos partículas que constituyen a la materia, solo podemos estudiar un tipo de partícula, posición o movimiento dado a la vez. De igual manera, al estudiar las funciones durante la transferencia y almacenamiento de la energía solo podemos estudiar una función a la vez. Cuando completamos el estudio de cada partícula y de cada función, integramos enseguida el conjunto total para formular el proceso completo.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVIENTES:
Para los astrobiólogos es muy importante distinguir entre seres vivientes y seres inertes. Las siguientes son las características diferenciales de los seres vivientes:
a) Son sistemas termodinámicos que poseen una estructura molecular ordenada y compleja. Esto se refiere exclusivamente al orden y complejidad de las macroestructuras.
La Biología y la Química, a diferencia de la Física, no admiten contextos ideológicos: O los fenómenos biológicos son reales, o han sido inventados, así de sencillo.
Los Biólogos no podemos andar por ahí diciendo que tal o cual cosa, por ser matemáticamente posibles forzosamente existen (como las 27 dimensiones de la hipótesis de las cuerdas y los agujeros de gusano interdimensionales). Esta es la falla principal de quienes han intentado poner en tela de juicio el proceso de la Evolución.
Para los Biólogos el terreno de la especulación es bien distinguible y los biólogos especificamos lo que es especulativo y lo que no lo es. Por ello, para los Biólogos no existen muchas entropías, sino solo aquella que es observable y cuantificable, esto es, la que se refiere a las funciones de los conjuntos macroscópicos determinadas (las funciones) por subconjuntos de estados microscópicos (de las partículas). Lo que ocurre en los biosistemas es una demora en la difusión o dispersión de su energía interna; sin embargo, esa energía interna nunca fluye de campos de menor densidad de energía hacia campos de mayor densidad, sino al contrario, obedeciendo estrictamente a la influencia de la segunda ley de la termodinámica.
El orden y la complejidad son figurados en sistemas macroscópicos, pues a nivel microscópico la entropía tiene un valor de cero. Cuando nosotros consideramos el orden de un sistema macroscópico y consideramos su orden microscópico descubrimos que no existe una línea fronteriza entre macroscópico y microscópico, entre ordenado y desordenado y entre complejo y simple, por lo cual, aclaramos que el nivel de complejidad observable en un sistema macroscópico obedece a un conjunto de variables microscópicas con grado de complejidad igual a cero, esto es, para un volumen igual a uno (de la partícula), una entropía igual a cero.
A medida que integramos los datos hacia el nivel macroscópico, descubrimos que la entropía adquiere un valor distinto de cero y que adoptará siempre valores positivos, nunca negativos, de tal forma que la entropía del sistema macroscópico, al que llamamos complejo, siempre tendrá una mayor entropía que la del sistema microscópico, al que denominamos simple, que fue el que determinó el sistema complejo. De esta manera, descubrimos que la complejidad es simplemente una forma de falacia de proyección mental, no lo que la naturaleza exhibe independientemente de nuestro conocimiento o de nuestra ignorancia. Si la complejidad fuese una característica contextual a la entropía, entonces el espacio fásico a nivel microscópico sería más complejo que el espacio fásico del sistema macroscópico derivado de las funciones de ese nivel microscópico, de tal forma que todo daría un giro inverso, el sistema macroscópico sería más desordenado que el sistema microscópico del cual procedió.
Objetivamente, la energía interna del conjunto macroscópico estará ocupando un mayor número de microestados que el subconjunto de estados iniciales microscópicos que determinó todas las posiciones del conjunto macroscópico. Esto demuestra claramente que el orden y la complejidad son conceptos antropomórficos pertenecientes a percepciones filosóficos no relacionados con la naturaleza real. En la naturaleza, los sistemas macroscópicos siempre son derivados de variables microscópicas, tengamos o no conocimiento de ellas. Por ello, los biólogos teóricos proponemos que se descarte al orden y la complejidad como características diferenciales de los seres vivientes.
En cierta ocasión alguien me preguntó qué sería del Universo si no existiesen seres inteligentes capaces de percibirlo. Yo contesté que el Universo existiría tal como es actualmente, independientemente de la existencia de los seres vivientes.
b) Capturan energía del entorno para preservar temporalmente una densidad de energía de activación interna lo más estable posible. Es decir, los seres vivientes realizan transferencias de energía no-espontáneas.
c) Se reproducen en cuanto las condiciones son propicias.
d) Sufren cambios moleculares que no aumentan el número de microestados disponibles. Esto se refiere al proceso de la evolución molecular.
¿Por qué no nos guiamos por una de ellas solamente, por ejemplo, la reproducción?
Porque existen seres inertes que se reproducen, crecen y evolucionan; por ejemplo, los priones. La forma de reproducción de los priones es singular. Parece ser que se ejerce como un proceso puramente electrodinámico.
Los priones son partículas de proteínas que son producidas en forma normal por las células. Cuando esas partículas cambian su forma molecular integral se convierten en priones infecciosos (Pr = proteína; i = infecciosa) y se acumulan en el citosol, provocando la inhabilitación de la transferencia de información en la célula que las produjo o que las contiene. En la Encefalitis Espongiforme Bovina (EEB), o Mal de las Vacas Locas y en otras formas de enfermedades degenerativas, los priones pueden originarse en una especie distinta a la del anfitrión. Por ejemplo, la EEB puede afectar los tejidos de los borregos, las cabras, los venados, los gatos, los cerdos, las ranas, los caballos y los humanos.
Los priones, evidentemente, son partículas inertes que pueden autoreplicarse. Sin embargo, su replicación ocurre por resonancia molecular… Algo muy parecido a la vía de transferencia de radiación electromagnética a cualquier medio acuoso. Cuando un prión extraño se pone en contacto con un prión celular normal, las partículas en movimiento y sin carga eléctrica del prión infeccioso modifican la estructura de las partículas proteicas celulares normales hasta convertirlas en réplicas exactas del prión infeccioso.
LA EVOLUCIÓN DE LA INTELIGENCIA NO ES UN PROCESO ERGÓDICO, PERO ES ESTOCÁSTICO.
Cuando me refiero a la evolución de la inteligencia como proceso, aplico nociones contextuales con respecto a las leyes de la termodinámica, por ejemplo, el equilibrio y la estabilidad de los sistemas que evolucionan.
La evolución de la inteligencia obedeció a cambios morfológicos y éstos a su vez a disparidades en la expresión de genes por variaciones en las condiciones del entorno; por lo tanto, la evolución de la inteligencia no es un proceso que obedezca a una ley ergódica, es decir, que la evolución de la inteligencia no adopta patrones cerrados independientes de condiciones iniciales explicatorios. Sin embargo, la evolución de la inteligencia obedece a leyes porque exhibe estados cuyo orden y trayectoria son algebraicamente impredecibles.
La evolución de la inteligencia es un proceso irreversible porque las condiciones iniciales naturales que causaron el desarrollo de la función varían a nivel microscópico, de tal forma que ellas ocupan nuevas configuraciones aprovechables. Irreversibilidad se refiere a un proceso –o a la formulación de un proceso- del cual no podemos trazar todos los intervalos o trayectorias posibles reales. Sin embargo, esto revela más bien nuestra ignorancia sobre las condiciones iniciales que pueden dar lugar a una determinada función macroscópica y no a que los cambios macroscópicos sean caóticos.
En el proceso evolutivo de los seres vivientes, las trayectorias no ocupan todos los microestados definidos por proteínas autocatalíticas y por las secuencias de nucleótidos en el material genético. Las configuraciones evolutivas podrían ser siempre promovidas por pequeñas variaciones en las condiciones iniciales que no se pierden con el paso del tiempo; luego pues, el aspecto macroscópico de los organismos siempre estará sujeto a las condiciones iniciales que determinaron la evolución del bionte del cual procedieron.
Por lo dicho en párrafos anteriores, debemos ser muy cuidadosos en la emisión de hipótesis, enunciados y teorías para evitar la falacia de la proyección de la mente para no pensar que ciertos sistemas “complicados” no obedecen a leyes deterministas.
Sydney Brenner, del Instituto Salk ha dicho que los biosistemas complejos son factibles sólo si es factible que la evolución los pueda producir. Variación facilitada es la organización flexible de los procesos que permiten el cambio por medio del crecimiento y nuevas configuraciones moleculares.
Y ya que hablo de configuraciones, algo de suma importancia para los Cosmobiólogos es que durante tres eventos cósmicos reconocibles ocurrieron transiciones de fase desde configuraciones de baja densidad de energía hasta configuraciones de alta densidad de energía sin pasar por estados intermedios:
a) El origen del Universo.
b) El origen del sistema solar.
c) El origen de la vida.
Siempre que tratamos el tema de las diferencias entre seres vivientes y seres inertes decimos que en los biosistemas el operador es interno y que el activador puede ser externo o interno; en tanto, ratificamos que en los seres inertes el operador y el activador son externos. Ello significa que en los biosistemas la energía pasa desde un estado inicial hasta un estado final a través de operadores dentro de las barreras del sistema que actúan (los biosistemas) en un ciclo de transformaciones entre energía potencial, energía cinética, energía química, etc. Al afirmar que en los procesos bióticos el operador es interno me estoy refiriendo exclusivamente a la transferencia no-espontánea de la energía interna del biosistema.
En Mecánica Cuántica, el momento angular del cuanto se conserva como operador, esto es, como un sistema que actúa sobre otro sistema. Si el operador está dentro del sistema se llama operador interno; en cambio, si el operador está fuera del sistema, entonces se denomina operador externo. Ejemplos de operadores internos a nivel microscópico son los protones y los electrones, y a nivel mesoscópico las enzimas y los productos intermedios. Un ejemplo de operador externo es el fotón que activa la Biotransferencia Transcuántica de Energía de la Fotosíntesis. El resto de los operadores cuánticos en la fotosíntesis son internos.
En el estado cuántico que define la vida, el operador siempre es interno y la densidad de energía distribuida en cuantos varía de acuerdo al sistema que se estudia. Un cuanto es una entidad indivisible y mínima que una determinada magnitud puede tomar en un sistema físico; por ejemplo, la cantidad mínima de energía lumínica es el fotón.
Las diferencias entre seres inertes y seres vivientes pertenecen al mundo de la Biofísica. De otra manera, sería muy difícil para los Astrobiólogos distinguir entre unos y otros. Las características distintivas de los seres vivientes son las siguientes:
• La demora en la difusión de la energía interna del biosistema es causado por un gradiente electroquímico no espontáneo.
• Los seres vivientes pueden establecer de manera autónoma una serie de intervalos que retardan localmente la instalación espontánea del equilibrio térmico.
DEFINICIÓN DE ASTROBIOLOGÍA:
Con las bases explicadas en los párrafos anteriores, podemos obtener una definición conceptual de Astrobiología.
La palabra astrobiología se deriva de tres raíces griegas: άστρου, astron = astro, estrella, constelación, cielo; βίος, bíos = vida, y λόγος, lógos = ciencia, estudio, tratado. La palabra literalmente denota estudio de la vida en los astros, pero conceptualmente significa:
Astrobiología es la rama de las ciencias biológicas que estudia el origen y la existencia de seres vivientes en el Universo, fuera de la Tierra.
Hay algunos autores (por ejemplo en NASA) que definen la astrobiología como el estudio del origen, existencia y evolución de los seres vivientes en el Universo y en la Tierra. Sin embargo, profesionalmente es incorrecto incluir la el estudio de la vida en la Tierra, pues entonces los astrobiólogos estarían invadiendo el campo de acción de los biólogos.
Yo creo que los astrobiólogos no tienen necesidad alguna de recurrir a esta clase de "usurpación" de campos de acción de otras ciencias, toda vez que el campo de acción de la astrobiología es suficientemente extenso y el futuro de la astrobiología está bien asegurado.
Además, para ser astrobiólogo una persona debe estudiar antes la Biología.
Entonces, como su nombre lo indica, la astrobiología es el estudio de los seres vivientes en otros mundos, fuera de la Tierra.
SINÓNIMOS DE ASTROBIOLOGÍA:
Los sinónimos de Astrobiología son variados; sin embargo, los sinónimos se estructuraron en relación con las ciencias más importantes implicadas en su desarrollo:
Exobiología (Έξω= extensión; afuera; Βίος = vida, Λόγος = tratado) y Cosmobiología son sinónimos admisibles y aceptados.
Xenobiología no es sinónimo de Astrobiología porque es un término incierto que se refiere al estudio de seres extraterrestres distintos de los humanos, además de que semánticamente no es científico. El término ha sido adoptado felizmente por los alienólogos porque se refiere propiamente a seres inteligentes extraterrestres diferentes a los humanos, tanto en sus estructuras moleculares como en la dinámica energética que, en ambos modelos, infringen las leyes fundamentales. Por otra parte, el concepto está enlazado a entidades extraterrestres cuya existencia es, hasta ahora, solamente imaginaria.
OBJETIVOS DE LA ASTROBIOLOGÍA:
a) Conocer cómo se originó y evoluciona el Universo.
b) Saber cómo se originaron y evolucionan los seres vivientes en la Tierra.
c) Conocer la distribución de los seres vivientes en el Universo conocido.
d) Saber si existen seres vivientes en otros mundos además de en la Tierra.
Al final de mi conferencia sobre el Origen de la Vida, una periodista me cuestionó sobre la inutilidad de la Astrobiología, a lo cual contesté que era un conocimiento del cual no podemos prescindir porque nos permite hacer proyecciones sobre el futuro de los seres vivientes en la Tierra. Ella insistió en preguntarme “¿Para qué?”, a lo cual contesté con las palabras del Dr. Leon M. Lederman:
“Los Científicos cuidamos profunda y ansiosamente la verdad, el raciocinio y la experiencia libertadora de descubrir el orden y la belleza en un embrollo caótico de eventos naturales". (Leon M. Lederman, 2001).
CIENCIAS DE APOYO A LA ASTROBIOLOGÍA:
La astrobiología es una ciencia interdisciplinaria que se apoya en otras ramas del conocimiento fáctico. Por ejemplo, en la Física, la Química, la Geología, la Astrofísica, la Astronomía, la Paleontología, la Cosmología, las Matemáticas, etc. Siempre me preguntan porqué la Astrobiología se relaciona con la Física y la Química; veamos porqué:
¿Por qué con la Física?
a) Porque la vida puede reducirse a fenómenos térmicos conocidos.
b) Porque los seres vivientes adquieren, almacenan y manipulan la energía del cosmos.
c) Porque podemos formular las densidades, posiciones y movimientos de la energía utilizable por los seres vivientes.
¿Por qué con la Química?
a) Porque los biosistemas son conglomerados moleculares.
b) Porque la síntesis de seres vivientes derivó de la síntesis inorgánica de productos químicos.
c) Porque la vida de un organismo se mantiene y se continúa a través de procesos químicos.
POSTURAS IDEOLÓGICAS EN ASTROBIOLOGÍA:
1. Postura simplista: La síntesis de seres vivientes depende solo del agua, carbono, energía y tiempo. Si se tienen los ingredientes, se tiene la vida.
Esta postura niega la complejidad de la abiogénesis primaria. Para el simplista, el hecho de que la abiogénesis no ocurra en nuestros días no obedece a una situación referente al inicio de la formación de los sistemas estelares, sino a la pura casualidad. Ignora las oscilaciones de los sistemas en los campos de Higgs a través del origen de las estrellas y la dificultad esencial para crear seres vivientes in Vitro a partir simplemente de esos cuatro factores. Afortunadamente, los simplistas no son Biólogos; al menos, yo no conozco a un Biólogo que sea simplista.
2. Postura geocentrista: El Universo es hostil para los seres vivientes, por lo tanto, su origen es un evento que ocurrió solamente en la Tierra.
Espero que haya usted advertido la mención de la palabra evento; esta es la palabra favorita del vitalismo porque connota programación inteligente o accidental, o sea, la ocurrencia de un estado indeterminado que solo podría ocurrir como un milagro. Para el geocentrismo, la Tierra y los seres vivientes fueron formados en un solo planeta, de una sola vez y en una sola ocasión en el Universo. El geocentrista cree que no hemos encontrado planetas iguales a la Tierra meramente porque no existen, y no por lo inadecuado de nuestra tecnología.
3. Postura relativista: La síntesis de seres vivientes es un hecho que puede ocurrir en cualquier forma y en cualquier parte del Universo.
Algunos biólogos, entre ellos yo, identificamos al relativismo como Feyerabendismo. El Feyerabendismo es la ideología del "Todo Vale", es decir, que todo es posible siempre y cuando alguien lo haya concebido como una idea. De aquí nació el modelo de la vida basada en cualquiera de los diversos elementos de la Tabla Periódica; por ejemplo, de la vida basada en el Silicio.
4. Postura reduccionista: La síntesis de seres vivientes depende de factores ligados a las leyes fundamentales del Universo y puede ocurrir en cualquier parte del Universo en donde ocurran las condiciones apropiadas para ello.
No es porque yo sea un científico positivista, pero esta postura me parece la mejor ensamblada a la observación del Cosmos y a la experimentación organizada. Lo más importante es que toma en cuenta el conocimiento actual sobre las leyes fundamentales y las teorías vigentes. Además, cualquier teoría que se desprenda de esta apreciación sería susceptible a revisión exhaustiva, toda vez que existen los instrumentos para probar cualquier hipótesis o teoría al respecto.
Entonces, de acuerdo con la ciencia, la Tierra podría no ser el único sitio en el Universo en donde pueden existir seres vivientes. Por ejemplo, en el satélite Europa de Júpiter se observan grandes fracturas en el hielo de la superficie del satélite que se han producido por continuos deshielos seguidos de súbitos congelamientos. Esto nos hace pensar que por debajo de la capa de agua congelada existe un mar de agua en fase líquida. Quizás en ese ambiente sobrevivan formas vivientes.
CONDICIONES NECESARIAS PARA LA EMERGENCIA DE SERES VIVIENTES EN CUALQUIER PARTE DEL UNIVERSO OBSERVABLE:
• Un espacio tridimensional: Las biomoléculas son tridimensionales.
• La cuarta dimensión cuántica es el tiempo. Los procesos térmicos son entendibles si añadimos la medida del tiempo.
• Un superacelerador de partículas que proporcione un flujo continuo, moderado y cuasi-estable de energía; por ejemplo, una estrella. Creemos que las estrellas más viables para albergar planetas con seres vivientes son las de la secuencia principal (V o de la secuencia general) y de la clase G (blanco amarillenta, con reacciones nucleares por fisión de Hidrógeno en sus núcleos y con temperaturas superficiales de 5300-6000 K). El Sol es una estrella de la clase G2V (5800 K) de la clasificación espectral de Morgan-Keenan.
La estrella Alpha Centauri es una estrella de la clase G2V. Esto la hace ser una estrella muy parecida al Sol. Es el candidato más asequible para ser explorado a través de nuestros instrumentos por su relativa cercanía con respecto a nuestro Sistema Solar (4.36 años luz de distancia). El único detalle que ensombrece el panorama es que se trata de una estrella doble. Su compañera es una enana K1V (5300 K). Las dos estrellas se encuentran separadas por unas 23 UA en promedio, distancia suficiente como para permitir la disposición de órbitas planetarias estables. Si en ese sistema binario hubiese planetas con seres vivientes inteligentes, ellos verían a nuestro Sol como una estrella de primera magnitud entre las constelaciones de Perseo y Casiopea. Seríamos su punto de referencia sideral…
Para ser incluidas como estrellas aptas para generar y sostener seres vivientes, los Astrobiólogos hacen un inventario de las características físicas de las estrellas, como espectro de emisión de luz, intensidad luminosa, temperatura, tamaño, rotación, estabilidad nuclear y proporción metálica.
Las estrellas más calientes o más frías no deben excluirse de la lista, pues podría haber siempre un planeta en órbita a una distancia tal que no experimentaría grandes embates de radiación cósmica o lo suficientemente cercanas a la fuente como para tener suficiente energía disponible para la vida. El problema propuesto por quienes excluyen a las estrellas calientes es que éstas se consumen más rápidamente que las estrellas de baja o mediana temperatura; sin embargo, la mayoría de los biólogos pensamos que la vida media de una estrella no es impedimento para la emergencia de vida en alguno de sus planetas. Es posible que los seres vivientes emerjan en un mundo con las condiciones apropiadas y que continúen su evolución por varios cientos de millones de años, siempre y cuando la estrella que les proporcione energía permanezca activa y estable durante ese tiempo.
El ejemplo más claro lo tenemos en la propia Tierra, en donde, aunque la biodiversidad se vigorizó a lo largo de 3.3 millardos de años, la mayor multiplicidad de los seres vivientes ocurrió en un período de 500 millones de años (correspondiente al período Paleozoico). Cualquier estrella de las clases F, G y K que tenga planetas habitables -en un sistema en donde pudiese haber ocurrido la abiogénesis primordial- que esté activa y cuasi-estable al presente, será una estrella aceptable en la lista.
En cuanto a su lugar en una galaxia, los sistemas estelares que pudieran poseer planetas habitables deben estar en una zona libre de la influencia gravitacional dinámica de otras estrellas. Por ejemplo, las órbitas planetarias en los sistemas dentro de cúmulos globulares serían altamente inestables. Ello causaría una variabilidad climática desequilibrada. Los seres vivientes no sobrevivirían en un lugar en donde por una semana se gozaría de un cálido verano y a la siguiente semana se sufriría un gélido invierno. O en un planeta con un día de congelante temperatura y otro con un abrasante calor.
Así mismo, la posición más protegida en una galaxia sería cualquier zona alejada del centro, que estuviese libre de aglomeraciones de cuerpos cósmicos y lo suficientemente aislada de las emisiones de alta energía del núcleo galáctico, apartada de hoyos negros y de paquetes densos de polvo intergaláctico, en las márgenes de la galaxia, pero no totalmente aislados, sino en una región en donde hubiera otros sistemas estelares a no menos a dos años luz de distancia. Los brazos de las galaxias, llamados metafóricamente “suburbios galácticos”, serían los sitios más ventajosos para la presencia de sistemas estelares habitables.
Resumiendo, las zonas habitables estarían situadas en las márgenes externas de las galaxias y en sistemas estelares de las clases F y G. Este conocimiento optimiza nuestra búsqueda, pero reduce las posibilidades de encontrar planetas extrasolares con seres vivientes, pues la mayoría de las estrellas (el 78%) son de la clase M (enanas rojas) y de las nuevas clases L (enanas de Litio) y T (enanas de metano).
• Un eje de rotación estable que homogenice las condiciones climáticas.
• Un campo magnético que proteja a los biontes de las partículas de alta energía y la radiación ionizante provenientes de la fuente de energía del sistema.
• Un escudo protector contra la Radiación Cósmica Interestelar: Por ejemplo, una capa de ozono, de polvo nebular, de vapor de agua, etc.
• Una presión ambiental moderada de alrededor de 760 mm de Hg (1 Atmósfera o 1,013.25024 milibares, 14.6959409 psi). Existen organismos acuáticos que toleran presiones extremadamente altas (a 2500 m de profundidad con una presión de 223 Atmósferas). Parece ser que los seres vivientes toleramos mejor las altas presiones que las bajas presiones: A 3.5 Km. de altura la presión es de 0.67 Atmósferas. En la cumbre del Cerro de la Silla (Pico Norte) la presión es de 0.68 Atmósferas (a 2.354 Km. sobre el nivel del mar). Los humanos no sobrevivimos a presiones menores a 0.65 atmósferas, pero hay arácnidos que pueden sobrevivir en ambientes con presiones de 0.6 Atmósferas. A menores presiones cualquier organismo explota.
• Substratos Aglomerantes. Esto es, lechos que faciliten la acumulación e interacción de las substancias, por ejemplo, gránulos de Fosfato de Calcio, Carbonato de Calcio, Carburo de Silicio, grafito, fulereno (alótropos del carbono) o Sulfuro de Hierro que pueden o no contener agua congelada. Recientemente se descubrió que el Carbonato de Calcio se sintetiza en el medio interestelar e interplanetario sin la presencia de agua. Esto puso en duda las afirmaciones de que los esferitas de Carbonatos encontradas en Marte hayan tenido su origen en depósitos de agua. Lo más probable es que esos Carbonatos hayan sido depositados sobre el planeta por una precipitación continua y prolongada de polvo originado en la nube de polvo marciana y en el medio interestelar, tal como ocurrió y sigue ocurriendo en la Tierra hasta nuestros días. Los fractales de Carbonato de Calcio en una nube planetaria serían idóneos para la síntesis de polímeros biológicos.
• Agentes Condensadores. Son substancias que promueven la síntesis abiótica de biomoléculas, tanto simples como complejas. Por ejemplo, el HCN (Cianuro de Hidrógeno) y el C2H2 (Acetileno). Estos compuestos son suficientemente abundantes en los medios interplanetarios en formación y han sido probados artificialmente como agentes condensadores. Las evidencias indican que la biopolimerización de las proteínas y de azúcares fue facilitada por estos agentes y por reacciones promovidas principalmente por bosones de alta energía.
A los gránulos de polvo cósmico se les denomina "fractales" porque se unen para constituir cuerpos mayores durante la formación de los sistemas estelares. Los fractales pueden medir desde unas pocas micras hasta varios metros. La evidencia indica que los fractales actuaron como agentes aislantes y protectores en la síntesis abiótica de polímeros biológicos en la nebulosa planetaria terrestre. La forma de actuar de los fractales ocurriría en dos formas:
a. Como protectores de las biomoléculas contra la radiación cósmica de alta densidad de energía.
b. Como sustratos aglomerantes al "desecar" el nicho en donde ocurría la síntesis de polímeros por fotólisis en glóbulos de agua contenidos en los huecos de los gránulos de polvo, facilitando así la polimerización de moléculas simples. Los fractales que contenían gotas de agua que sufrían transiciones de fase líquida a fase sólida y viceversa en forma constante también actuaron como sustratos aglomerantes.
Todas nuestras observaciones sobre la síntesis abiótica de polímeros biológicos nos conducen a las conclusiones de los incisos anteriores.
El Ozono se ha hecho necesario e imprescindible para los seres vivientes en la Tierra; sin embargo, no solo el Ozono actúa como protector contra la Radiación Cósmica, pues el polvo y el vapor de agua también actúan como escudos protectores. Recordemos que cuando la vida apareció sobre la Tierra no existía una capa de Ozono, y que los primeros biontes debieron estar protegidos contra la radiación cósmica emitida por un Sol incipiente.
Los fractales con agua congelada atrapada en sus huecos y fisuras pudieron actuar como escudos contra la radiación cósmica. En la diapositiva se muestran sistemas estelares en formación. Las bandas obscuras que dividen a las estrellas en formación son los discos protoplanetarios constituidos por fractales de diversas dimensiones y por substancias heterogéneas.
Los fractales o gránulos de Forsterita o Silicato de Magnesio son Olivinas que se producen a muy altas temperaturas. Esto indica que el cometa Wild-2 -de donde se obtuvieron esta clase de fractales- se formó en una zona muy cercana al Sol, a unos 1000 K de temperatura. En esta clase de cometas no pudieron haberse sintetizado compuestos orgánicos complejos. Es más factible que las biomoléculas se hayan autosintetizado en el ambiente de las nebulosas planetarias.
En cambio, los fractales de Carburo de Silicio eyectados por las supernovas son substratos aglomerantes en los que pudo haber ocurrido la síntesis de biomoléculas e incluso de microesferas con membrana lipídica. En esos fractales, se observan huecos excavados en donde pudo haberse alojado el agua y las substancias primordiales que darían lugar a biopolímeros por acción fotoeléctrica.
También los fractales porosos siderales del tipo CP, formados por silicatos, cuya estructura molecular no se altera por el calor, el agua y las reacciones químicas que ocurren entre moléculas simples, pudieron haber servido como substratos aglomerantes para la formación de biomoléculas. Se ha confirmado experimentalmente que biomoléculas como el glicolaldehído, el gliceraldehído, la ribosa y los aminoácidos se sintetizaron en fractales porosos. Poco tiempo después, ocurrió la polimerización dentro de los mismos gránulos.
ORIGEN DE LOS SERES VIVIENTES EN EL UNIVERSO
Sujetándonos a nuestro conocimiento de las leyes físicas y químicas que actúan en el universo, los científicos sabemos que la vida es una posibilidad térmica en toda la extensión del mismo.
Los elementos se producen en las nuevas estrellas que los generan por efecto de las reacciones termonucleares que ocurren en las primeras fases de formación de las estrellas. Muchas estrellas surgen de la condensación de gases y polvo dispersados por las explosiones de las supernovas. Las estrellas así originadas son más factibles de tener planetas habitables que las estrellas con un metalicidad más baja, pues las estrellas con baja metalicidad tienen un período de actividad más corto, en relación con su actividad termonuclear; luego pues, las estrellas con metalicidad baja están activas durante un tiempo tan corto que no permiten la emergencia y evolución de seres vivientes en los planetas que las orbitan.
Los compuestos orgánicos e inorgánicos -especialmente el agua- se forman en la nebulosa solar gracias a fluctuaciones en la densidad de la energía, la cual causa transiciones de la fase en las moléculas que permiten la autosíntesis espontánea de substancias sencillas, tanto orgánicas como inorgánicas.
El agua en las nebulosas estelares permite la refrigeración del medio interestelar, propiciando la síntesis directa de glicerol y compuestos orgánicos más complejos, como amoniaco, aminoácidos, lípidos y quizás globulinas en los huecos y grietas de los granos de polvo que contienen agua, la cual sufre transiciones repentinas de fase sólida a fase líquida y viceversa.
La radiación ultravioleta, el calor y otras formas de radiación estelar -ayudadas por agentes condensadores- causan la polimerización de los compuestos sencillos para hacer moléculas más organizadas de hidrocarburos, carbohidratos, proteínas y lípidos, que son integrados como glóbulos microscópicos en el agua congelada atrapada por los gránulos de polvo (fractales) en las nubes planetarias.
Cuándo las nebulosas planetarias bajan su temperatura hasta un nivel apropiado, ocurre la síntesis espontánea de microesferas con membranas externas de lipoproteínas, bajo el efecto de la radiación ultravioleta y el calor generado por los choques entre las partículas de polvo. Las microesferas contienen una diversidad más grande de compuestos orgánicos gracias a los substratos aglomerantes que actúan como estratos que facilitan la acumulación y la interacción de las substancias. Ejemplos de substratos aglomerantes son los gránulos de fosfato de calcio, de carbonato de calcio, de carburo de silicio, de grafito, de fulerenos (formas alotrópicas de carbón) o de Sulfuro Ferroso, los cuales pueden o no contener hielo de agua, y por la acción de agentes condensadores (substancias que promueven la síntesis abiótica de biomoléculas, tanto simples como complejas; por ejemplo, HCN (Cianuro de Hidrógeno) y C2H2 (acetileno). Estos compuestos son abundantes en los medios interplanetarios de estrellas en gestación. Se ha confirmado artificialmente que el Cianuro de Hidrógeno y el Acetileno actúan como agentes condensadores. Los ensayos indican que la biopolimerización de proteínas y sacáridos complejos es facilitada por esos agentes y por las reacciones promovidas principalmente por bosones de alta energía.
Volviendo a las microesferas, las partículas de polvo (fractales) suspendidas en las atmósferas planetarias retienen a las microesferas en sus huecos y agrietamientos. Los granos del polvo actúan como protectores de las biomoléculas contra la radiación ionizante de las estrellas, así que las transiciones de fase permiten la síntesis de biomoléculas más complejas, por ejemplo, ceras, fosfolípidos, proteínas, glucoproteínas y lipoproteínas. Estas moléculas construyen membranas sumamente estables y duraderas que engloban a un número mayor de microesferas que contienen productos biológicos diversos; sin embargo, las membranas simples son efímeras porque la radiación emitida por las estrellas que es recibida por los planetas las destruye. Sin embargo, muchas microesferas que son separadas del ambiente por membranas, o por estructuras semejantes a membranas, subsisten en ambientes hostiles por permanecer en granos de polvo que contienen agua congelada.
Debido a su baja resistencia a la radiación cósmica, no es posible la síntesis de nucleótidos en el espacio interplanetario. Probablemente, los nucleótidos se sintetizan en los planetas mucho tiempo después de la emergencia de las primeras formas vivientes. Además, la síntesis de moléculas de ácidos nucleicos no ocurre espontáneamente ni no-espontáneamente en la naturaleza. Por esta razón, los protobiontes formados en el medio planetario no pueden tener ninguna forma de ácidos nucleicos (ni ADN ni ARN).
La Fuerza de Gravedad de los planetas mantiene en órbitas planetarias concéntricas (como las capas de la atmósfera) a las pequeñas concreciones de granos de polvo estelar con microesferas contenidas dentro de membrana amfifílicas, formando nubes densas de polvo, vapor de agua, amoniaco, acetileno, cianuro de hidrógeno, metano, bióxido de carbono y otros gases; sin embargo, la aceleración de los granos de polvo y el calor intenso emitido desde la superficie de los planetas impide la precipitación del polvo sobre las superficies planetarias. En fases posteriores a la gestación de los planetas, el vapor de agua se condensa en las atmósferas planetarias para formar gotas pesadas que se precipitan a los suelos planetarios, arrastrando granos de polvo que retienen o no a las microesferas.
Aún suspendidas en las atmósferas planetarias, las microesferas se aglutinan en los granos húmedos de polvo para formar estructuras prebióticas segregadas por membranas amfifílicas más complejas –conocidas como protobiontes- que no son aún formas vivientes, pero que ya experimentan algunas vías de transferencia de energía muy similares a las de los seres vivientes (biontes).
Cuando los planetas se enfrían rápidamente y ocurren lluvias copiosas, los fractales con o sin protobiontes son arrastrados hacia abajo por las gotas de agua hasta las superficies de los planetas.
Una vez colocados en suelos planetarios, descansando sobre capas húmedas de tierra o en los fondos de charcas poco profundas, los protobiontes pueden mantenerse estables bajo nubes densas de vapor de polvo y agua suspendido en las atmósferas planetarias que los protegen de la radiación cósmica intensa.
Miles de millones de protobiontes pueden ser destruidos por las condiciones agresivas de los ambientes planetarios; no obstante, cuando los planetas se enfrían aún más y las estrellas son menos variables, las estructuras básicas de los protobiontes pueden permanecer estables durante períodos más prolongados de tiempo. La diferencia consiste en que los microambientes posean los factores básicos que les permitan resistir y prevalecer bajo la presión de los ambientes planetarios incipientes.
La evolución química posterior depende de la fusión de grupos de protobiontes, unos a otros, por afinidad electroquímica. Los protobiontes se fusionan unos a otros formando vesículas con membranas continuas. Esas vesículas complejas son depositadas en tierras húmedas o en el fondo de charcas superficiales o subterráneas. Las fisuras y huecos en los fondos acuáticos, repletas de substancias químicas, son cubiertos por las biomembranas para establecer microambientes fisicoquímicos semejantes al citosol de las células modernas. Esto resuelve el problema de la catástrofe osmótica que ocurriría si la hipótesis del "caldo nutritivo" de Oparin fuera verdadera. La paleontología y las observaciones geológicas indican claramente que los "caldos nutritivos" no han existido y no pueden existir en la naturaleza real.
Una vez fusionados, algunos protobiontes llegan a evolucionar a biontes al poseer configuraciones moleculares que son propensas a experimentar la fase biótica, gracias a cambios bioquímicos estructurales sucesivos en las biomembranas. Esta configuración compleja de las biomembranas permite la agregación de polipéptidos y glucopéptidos que promueven cambios en los campos magnéticos que establecen los patrones de los gradientes de electroquímicos que establecen un campo electrodinámico que permite la transferencia de energía a través de partículas (biotransferencia transcuántica de energía). Los biontes (organismos vivientes) se sintetizan a través de ese sistema evolutivo universal. Es el mecanismo mediante el cual surge cualquier forma viviente que exista o haya existido en cualquier parte del universo.
Desde el punto de vista de mi hipótesis, todos los seres vivientes existentes en cualquier planeta pueden ser engendrados a partir de un solo bionte vivo y autoreplicable (autopoiesis). Su reproducción sería semejante a la gemación de las levaduras, pero en ausencia total de ácidos nucleicos. Las proteínas autocatalíticas primigenias contienen la información necesaria para su autoréplica.
Permítame regresa a la abiogénesis cósmica: Las biomembranas extendidas sobre los fondos de las lagunas, cubriendo hoyos y grietas del piso rellenos con substancias orgánicas, llevan a cabo transferencias activas de fermiones y compuestos con el ambiente circundante.
La incorporación de proteínas, lípidos, y otras moléculas complejas al citosol promueven la formación de estructuras moleculares especializadas en la transferencia de energía desde el entorno; por ejemplo, las moléculas de ATP Sintetasa, nucleótidos de ácido ribonucleico, moléculas cortas de ácido ribonucleico, NADP, ADP, etc. Las cadenas pequeñas de ácido ribonucleico son sintetizadas por las proteínas autocatalíticas con afinidad bioquímica, transfiriendo la información de las secuencias de aminoácidos hacia moléculas codificadoras de ácido ribonucleico.
De esta manera, los biontes se mantienen estables por períodos más largos, además de que ellos pueden transferir la información de sus características individuales a través de las sucesiones de ácido ribonucleico hacia las vesículas nuevas engendradas por el simple crecimiento del citosol. Protegidos bajo un cielo oscurecido por polvo suspendido y vapores diversos, inmersos en depósitos de agua a no más de 36° C, los biontes se reproducen por medio de la formación de vesículas que crecen hacia fuera de las membranas como burbujas o brotes que tienen las mismas, características funcionales y estructurales de sus antepasados.
Las proteínas autocatalíticas, por sus características fisicoquímicas, dirigen necesariamente la síntesis de moléculas sencillas de ácido ribonucleico, formando cadenas de ARN cada vez más largas que contienen toda la información para la síntesis de las mismas proteínas autocatalíticas y de moléculas de ácido ribonucleico idénticas. Posteriormente, las mismas proteínas autocatalíticas producen nucleótidos de ADN y, después de ésto, cadenas completas de ADN.
La flexibilidad de esta hipótesis nos permite asumir que las ribozimas no son necesarias para la síntesis de las biomoléculas, las cuales se pueden reproducir por transformación electrodinámica de la cuarta configuración de otras proteínas en el mismo citosol. Algo similar a la reproducción de los priones, los cuales creemos que poseen estados cuánticos similares a los de las proteínas primigenias.
La tierra no es el único planeta en el sistema solar que tuvo las condiciones favorables para la emergencia de los seres vivientes. Hay cuerpos siderales en donde se pudieron formar seres vivientes como en la Tierra; sin embargo, esos biontes extraterrestres no tuvieron las mínimas posibilidades de supervivencia debido a las condiciones inadecuadas de los ambientes planetarios en donde ellos se formaron debido a transiciones repentinas y extremas de las condiciones climáticas planetarias. Por ejemplo, en Marte pudieron surgir seres vivientes por la misma época en que surgieron en la Tierra, sin embargo, un cambio repentino y severo del clima en el planeta, ocurrido unos 400 millones de años después de su concreción, destruyó todos los biontes que podrían en aquel tiempo haber estar viviendo sobre ese planeta. (Shuster y Weiss. La ciencia. 2006).
PROBABILIDADES DE OCURRENCIA DE SERES VIVIENTES EN EL UNIVERSO:
Debemos tomar en cuenta que, aunque el proceso de la Abiogénesis es determinístico, no es predecible, de tal forma que las estimaciones siempre serán altamente especulativas.
Se calcula que el número de estrellas en la Vía Láctea es de 200 a 400 mil millones de estrellas. Además, se calcula que existen 500 mil millones de galaxias en el Universo. Si cada galaxia tuviera de 200 a 400 mil millones de estrellas, entonces habría de 20 a 200 billones (un billón es un millón de millones) de estrellas en el Universo observable. Si cada estrella estuviese circundada por 10 planetas, entonces habría de 500 a 2000 billones de planetas en el Universo. Una cantidad mucho más baja que los trillones que clama el actor Sam Heill en el Discovery Channel.
Parecería pues que las probabilidades de que existan planetas como la Tierra, habitados por seres inteligentes, serían muy altas. Sin embargo, no tenemos la más mínima prueba de ello. No hemos encontrado un solo planeta extrasolar parecido a la Tierra.
FÓRMULA DRAKE:
La fórmula Drake es una progresión factorial altamente especulativa. Fue ideada (no desarrollada) por el matemático Frank Drake en 1969. Recientemente, la fórmula ha sido traída nuevamente a la luz pública como una fórmula que nos permitiría conocer las probabilidades sobre la ocurrencia de seres vivientes inteligentes y comunicativos en el Universo observable.
Aunque la fórmula de Frank Drake ha tenido mucha difusión como la “Fórmula de la Vida”, en realidad, ha tenido poca aceptación en los medios científicos. Se trata de una progresión basada en cantidades irreales e impredecibles. El problema es que no sirve para emitir hipótesis por contener unidades que no pueden verificarse. Ello ha permitido que las aplicaciones de la fórmula se hayan relacionado con argumentos simplistas o pseudocientíficos.
La fórmula es como sigue:
R = Ns x Fp x Ne x Fl x Fi x Fc x Fs
En donde:
R = Número de inteligencias comunicativas en el Universo
Ns = Número (aproximado) de estrellas en la Vía Láctea
Fp = Fracción de estrellas con planetas como la Tierra
Ne = Planetas ecológicamente propicios para la vida
Fl = Fracción de Ne con seres vivientes
Fi = Fracción de Fl con seres vivientes inteligentes
Fc = Fracción de Fi con medios para comunicarse
Fs = Período de tiempo en que Fc sobreviviría
Problemas con la fórmula Drake:
- Incertidumbre absoluta porque no introduce cantidades conocidas, sino imaginarias.
- No introduce funciones macroscópicas de estado observables.
- Fp, Ne, Fl, Fi, Fc y Fs siempre tendrán valores inciertos debido a que la variable t no está definida.
- Solo sería aplicable en caso de que ya se hubiesen detectado todas las formas vivientes inteligentes y comunicativas en el Universo.
CIRCUNSTANCIAS ORIENTADORAS UNIVERSALES:
Para evitar sofismas y problemas de la proyección de la falacia mental como el de la fórmula Drake, debemos tomar en cuenta que:
a) Las leyes termodinámicas operan en todo el Universo conocido.
b) Las leyes macroscópicas pueden parecer no deterministas por nuestro desconocimiento de las leyes fundamentales microscópicas.
c) Las partículas son las mismas en todo el Universo conocido.
Del último enunciado inferimos que:
a) Las formas vivientes en todo el Universo observable deben depender del agua líquida.
b) La vida en el Universo conocido debe ser experimentadas por estructuras hechas con Carbono.
¿POR QUÉ DEL AGUA?
1. Está presente en todo el Universo observable.
2. El agua es un termorregulador para la atmósfera y los sistemas vivientes por las siguientes propiedades:
- Su calor específico, o sea la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado Celsius. Para el agua es de una caloría.
- Su punto de ebullición, el cual consiste en el cambio de fase de una sustancia de fase líquida a fase gaseosa. Se necesitan 540 calorías para evaporar un gramo de agua.
- Su punto de solidificación, es decir, el calor necesario que hay qué extraer para que una sustancia cambie de la fase líquida a la fase sólida.
3. El agua es el solvente universal.
¿POR QUÉ DEL CARBONO?
a) Es un elemento abundante en el Universo.
b) Está disponible para los seres vivientes en forma de bióxido de carbono en la atmósfera y como carbonatos en el suelo.
c) Es el elemento más versátil para formar compuestos.
d) Los compuestos formados por Carbono son muy estables.
¿POR QUÉ NO DEL SILICIO? (Lea el artículo sobre Vida Basada en el Silicio).
a. Es más pesado que el Carbono (C-PA = 12.01115; Si-PA = 28.0855).
b. No posee la amplia versatilidad que ofrece el Carbono para formar compuestos.
c. Los compuestos formados por Si son inestables.
d. El SiO2 es un sólido (Cuarzo, Silicato), no es un gas como el CO2.
Por otra parte, el CaSiO3, equivalente químico del CaCO3, sería inadecuado para los animales ovíparos porque:
- Bloquea el flujo de calor, lo cual sería un gran impedimento para la incubación de huevos en especies ovíparas endotermas. El CaSiO3 ha sido usado en hornos industriales como aislante térmico.
- Es de textura heterogénea, por lo que las membranas y la chalaza no podrían fijarse con firmeza a la superficie interior del cascarón.
- Tiende a astillarse. Por ello, no podría contener la albúmina de baja densidad.
- Es quebradizo. Bastaría con una ligera presión longitudinal o transversal para que el huevo se rompiera.
- Es insoluble en agua. Las aves tendrían serias dificultades para crear un cascarón de huevo hecho con CaSiO3.
- Si permanece en ambientes húmedos por períodos prolongados, el CaSiO3 se degrada en sílice amorfa y sales de calcio solubles en agua. Este defecto hace que esta sustancia sea inadecuada para formar estructuras de sostén y de protección.
Por aforo, el Carbono es 3.5 veces más abundante que el Silicio. A nivel atómico, el Carbono es 12.5 más abundante que el Silicio.
En la tabla comparativa de las propiedades fisicoquímicas del Carbono y del Silicio, la propiedad de electronegatividad es crucial para la síntesis de compuestos implicados en los procesos metabólicos. El Carbono posee una electronegatividad media, en tanto que el Silicio mantiene una electronegatividad baja. Es por esto que no existe en la naturaleza una amplia variedad de compuestos de Silicio provenientes de la autosíntesis comparable con la del Carbono.
ORGANISMOS EXTRATERRESTRES:
¿Cómo será el primer organismo extraterrestre que descubramos? Podríamos especular mucho sobre la probable apariencia de los seres vivientes extraterrestres, siempre y cuando tomáramos en cuenta las condiciones de los probables ambientes de otros planetas. Por ejemplo, podemos especular sobre los sistemas homeostáticos de un organismo que viviera en una atmósfera más o menos densa que la terrestre, o bajo una fuerza gravitacional mayor o menor que la terrestre, en una atmósfera sulfurosa, etc. Sin embargo, los exobiólogos han comprobado que las probabilidades de encontrar vida inteligente extraterrestre son muy bajas. La señal “Wow!”, registrada por SETI en 1951, fue un artefacto electromagnético reemitido o rebotado por un fragmento de desecho espacial.
De lo que podemos estar casi ciertos es que aparentemente la vida solo puede ser experimentada por sistemas construidos con compuestos orgánicos, y que los biosistemas en otros mundos deben ser muy parecidos a los biosistemas terrestres; al menos, en estructura microscópica y en cualidades termodinámicas, aunque su apariencia macroscópica sea totalmente diferente a la de los organismos terrestres.
CONDICIONES DE HABITABILIDAD EN AMBIENTES EXTRATERRESTRES: LOS EXTREMÓFILOS
¿Cuáles podrían ser las condiciones ambientales prevalecientes en un mundo en donde existan formas vivientes?
Hay organismos que viven en ambientes hostiles para la mayoría de las especies terrestres; por ejemplo, Sulfolobus solfataricus, que tolera ambientes sulfurosos con una acidez de pH 3.5 a temperaturas de hasta 90 C. Recientemente, se descubrió que el efecto enfriador del citosol de Sulfolobus solfataricus se debe a una proteína (enzima) llamada Alcohol-Deshidrogenasa.
Durante los últimos 15 años, los astrobiólogos han centrado su atención en los organismos extremófilos. Ell0 obedece a que los planetas al alcance de nuestra tecnología exhiben condiciones ambientales inhóspitas para la mayoría de los seres vivientes terrícolas. Quizás, algún día encontremos un planeta semejante a la Tierra en donde no solo encontraríamos organismos procariotas extremófilos, sino también protistas y vegetales y animales multicelulares.
Pero, ¿qué son los extremófilos? Los extremófilos son organismos que viven en ambientes extremos que serían letales para la mayoría de los seres vivientes; por ejemplo:
a. Termófilos: Resistentes a altas temperaturas (Pyrococcus vive en aguas a 113° C).
b. Psicrófilos: Resistentes a bajas temperaturas (Cryotendolithotrophus vive en aguas a -15° C).
c. Acidófilos: Resistentes a ambientes ácidos (pH 0).
d. Alcalófilos: Resistentes a ambientes alcalinos (pH 9-11).
e. Xerófilos: Viven en ambientes secos.
f. Halófilos: Viven en ambientes hipersalinos (algunos en ambientes con un 30% de salinidad).
g. Deinococcus sobrevive después de ser expuesta a 500 mil rads; además, tolera altos niveles de UV y radioactividad al mismo tiempo.
Los seres humanos no somos organismos extremófilos porque vivimos en la
