EL UNIVERSO Y LA VIDA

 

EXOBIOLOGIA

 

                                                    

Quizá la nube sea no menos vana

que el hombre que la mira en la mañana

                                                             

Escribía J. L. Borges en su última obra “Los conjurados”. El ser humano capaz de realizar los actos de desprendimiento más heroicos está a punto, si no lo remedia, de realizar la más estúpida de las bajezas. Igual que en Los hermanos Marx en el oeste, “mas madera que es la guerra”, es capaz de destruir su propio medio de transporte –su vida- para ir más deprisa, capaz de destruir la capa atmosférica que nos rodea, para consumir más y con mayor beneficio, para algunos.

             El delicado equilibrio que comporta la mezcla de gases que forma nuestra atmósfera, nos lleva a preguntarnos: ¿Cómo se formó, cómo se forman las atmósferas planetarias?.

 

Tipos de planetas

En nuestro sistema solar, los planetas se dividen en dos tipos: los de tipo terrestre y  los de tipo joviano, esta diferencia se debe tanto por sus densidades como por la composición de sus atmósferas. Los planetas terrestres tienen una atmósfera que está compuesta fundamentalmente por CO2 y N2, mientras que los jovianos lo están de H2 y He. Estas diferencias ya nos sugieren que el origen o la evolución  de las mismas ha sido distinto o ha transcurrido por caminos distintos.

 

Formación de las atmósferas

En su origen, los protoplanetas que formaban el sistema solar estaban rodeados por la parte menos densa de la condensación de la nebulosa primigenia, es decir, por los gases constituyentes de la misma: el Hidrógeno y el Helio. Por lo tanto todos los planetas tenían el mismo tipo de atmósfera, la denominada “atmósfera primitiva”.

 

Primera fase en la diferenciación

El Sol como cualquier estrella, pasó en sus orígenes por una fase conocida por “T Tauri” (nombre de una estrella muy joven y que se toma de referencia). En el transcurso de esta fase que suele durar varios millones de años, el Sol pierde una gran cantidad de masa que expulsa al exterior a través de un fortísimo viento solar.

 

Este viento barrió las atmósferas primitivas de los planetas del tipo terrestre, principalmente debido a las elevadas temperaturas que estas alcanzaron, pero no fue suficiente para inquietar las de los planetas gigantes ya que por su lejanía su influencia fue menor.

 

En esta fase tenemos que los planetas terrestres no tienen atmósfera mientras que los jovianos mantienen la primitiva.

 

Adquisición de la atmósfera definitiva

El modo de adquirir la atmósfera que actualmente disfrutamos, ha sido la consecuencia de un largo proceso. La existencia de elementos radioactivos en el interior de los planetas hace que estos se calienten y en parte adquieran una consistencia fluida “el magma” que a través de los volcanes asciende a la superficie conjuntamente con gases como CO2, CO, H2O, N2.

 

La radiación ultravioleta del Sol  descompone parte del vapor de agua en hidrógeno y oxígeno, este es absorbido por las rocas oxidándolas mientras que el hidrógeno se escapa de la Tierra.

 

De esta manera la atmósfera secundaria que queda, esta formada por N2, CO2 y CO

 

La radiación solar calienta la superficie, parte de esta radiación es reemitida en forma de radiación infrarroja, pero el CO2 actuando de pantalla nos la devuelve, haciendo por lo tanto ascender la temperatura y es el proceso que hay que mantener bajo control.

 

El CO2 emitido por los volcanes es arrastrado por la lluvia, se combina con las rocas y en forma de carbonato llega al mar, allí se mezcla con las placas tectónicas y vuelve a salir por los volcanes cerrándose el ciclo.

 

En Venus por su cercanía al Sol no pudo mantener el agua líquida con lo cual no se pudo cerrar el ciclo del carbono, la temperatura aumentó mucho y tenemos un efecto invernadero desbocado.

 

En Marte debido a su poca actividad tectónica la mayor parte del CO2 esta combinado en las rocas, nos encontramos en un efecto de glaciación desbocado.

 

En la Tierra la mayor parte del oxígeno se formó a través de la evolución biológica.

 

¿Pero es esta evolución una rareza cosmológica?

 

            Las observaciones radio y espectroscópicas del medio interestelar nos han proporcionado desde el último tercio  del siglo XX el conocimiento de la existencia en él de moléculas y compuestos orgánicos de cierta complejidad, principalmente ubicadas en las nubes moleculares de gran densidad donde la radiación ultravioleta procedente de las estrellas cercanas no es capaz de penetrar.

 

            La presencia de agua, hidrocarburos, derivados del acetileno, alcoholes, cetonas, amidas...  no solo en el medio interestelar sino también en restos de meteoritos y en el análisis de los gases desprendidos por los cometas, hicieron sugerir al profesor Joan Oró de la Universidad de Houston el importante papel que estos cuerpos debieron de tener en la formación de la vida en nuestro planeta.

 

Evolución química

            La cuestión a plantear no es el nacimiento de la vida en la Tierra, es evidente que así ha sido, sino cuan común puede ser la formación de la biosfera en el universo. (Si la atmósfera es la capa de gas que cubre un planeta, la biosfera es la capa de vida en el mismo).

 

            Para realizar todo proceso físico-químico se necesita de un aporte de energía del exterior del sistema, el balance resultante es un avance en la complejidad. Así nuestra atmósfera es la consecuencia del equilibrio entre la energía proveniente del interior: calor interno, actividad tectónica, radioactividad... y la procedente del exterior: radiación electromagnética principalmente.

 

            Hace unos cuatro mil millones de años nuestra atmósfera tenía una densidad muy superior a la actual, los gases provenientes de su interior hicieron que el agua en forma de vapor la saturase completamente dando lugar a precipitaciones constantes, el agua de los océanos a alta temperatura permitía que en su seno el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, los minerales... permanecieran disueltos lo que favorecía la síntesis orgánica de todo tipo de compuestos

 

            Sabemos que en sus principios la cantidad de oxígeno libre existente en la Tierra era solo testimonial, luego la formación del ozono era prácticamente inexistente lo que conlleva que la radiación ultravioleta atravesaba sin impedimentos nuestra atmósfera llegando al fondo de los océanos, siendo por lo tanto una de las fuentes de energía más importantes para realizar los procesos de síntesis.

 

La Transición

            El tránsito de la evolución química a la biológica ha sido propuesta por Alexander Oparin a través de la síntesis abiótica de los compuestos orgánicos, un “caldo” formado por metano, amoníaco, agua e hidrógeno es capaz con aporte de energía exterior formar una inmensa cantidad de compuestos orgánicos que serían la base fundamental para iniciar el estallido de la vida. Por lo que sabemos de los primeros registros fósiles, las primeras formas de vida aparecieron en el agua en forma de microorganismos heterótrofos anaeróbicos, es decir que no precisan oxígeno para vivir, y capaces de hacerlo en condiciones ambientales extremas

 

            Actualmente se han descubierto microorganismos capaces de obtener nutrientes de los minerales que emanan de chimeneas volcánicas en el fondo de los océanos, lo que significa unas condiciones de temperatura y acidez impensables hace unos años para la compatibilidad con la vida.

 

            Todo esto nos debe llevar a pensar que quizás el fenómeno vida no sea un fenómeno tan restringido como hasta ahora se pensaba

 

Postulado 1

            Si adoptamos el principio de que las leyes de la Física son iguales en todo el universo no podemos obviar de que los principios químicos y biológicos también lo pueden ser y que cuando las condiciones objetivas que desencadenan un proceso determinado son favorables, el proceso indefectiblemente tendrá lugar.

 

            Este postulado nos lleva a generalizar que la vida en el universo es  siempre posible a menos que las condiciones físico ambientales lo impidan.

 

            Aceptando que la vida se va a producir siempre que las condiciones físico-ambientales no lo impidan, vamos a empezar estudiando las principales condiciones restrictivas desde el punto de vista físico.

 

 

 

 

 

Restricciones solares

 

            Como que partimos de la hipótesis de que existen planetas, la estrella central debe ser como mínimo de segunda generación y como que el camino recorrido hacia la vida es una función del tiempo, deberá ocurrir en sistemas planetarios cuyo sol tenga un período de vida compatible con esta evolución.

 

Recordemos que la esperanza de vida de una estrella es igual al cociente entre la cantidad de combustible que tiene y el ritmo que lo consume, tendremos:

 

 

 

siendo T la esperanza de vida

 

Pero la cantidad de combustible que tiene una estrella, es proporcional a su masa, y el ritmo con que lo consume es proporcional a su luminosidad, luego:

 

 

pero como que la luminosidad es L = m3,5  tendremos que T = m / m3,5 , así pues:

 

 

Como que la esperanza de vida del Sol es de 10.000 millones de años y la vida para empezar a desarrollarse ha tardado 3.500 millones de años ( y no tenemos ninguna prueba que pueda realizarse más rápido) solo podrá suceder este fenómeno en sistemas solares cuyo período vital sea como mínimo el que ha tardado nuestro planeta en generar los primeros signos de vida.

 

Despejando la masa en la última fórmula, vemos que la masa máxima que debe tener una estrella para que pueda estar como mínimo este tiempo en la secuencia principal, es de 1´25 masas solares, (recordemos que la esperanza de vida de una estrella es inversamente proporcional a su masa).

 

De todo lo dicho se desprende el siguiente:

 

Postulado 2º

Solo hay tiempo suficiente para poderse originar y evolucionar la vida, en sistemas solares cuya estrella central tenga una masa igual o menor a 1´25 veces la masa de nuestro Sol.

 

Restricciones planetarias

Desde el punto de vista físico para que en un planeta se puedan dar las condiciones mínimas para iniciarse la vida, deben superarse dos restricciones importantes: su masa y su distancia al sol.

 

A nadie se le escapa que la existencia de atmósfera es fundamental, pero ésta es función de la masa del planeta que la sustenta, podemos pues considerar que un planeta rocoso con una masa de 0´8 veces la masa de la Tierra es capaz ya de retener una atmósfera apreciable, la cual podrá crear el ambiente adecuado o no (según sean sus componentes) para facilitar el desarrollo y protección de la vida.

 

Dijimos en la primera parte de esta charla que para poderse realizar un proceso físico-químico o para la transición químico biológica, se necesitaba una aportación de energía desde el exterior del sistema. El calor interior del planeta puede ser suficiente en un determinado lapso de tiempo, pero la aportación más importante y duradera proviene indudablemente de la estrella central y según sea la masa de ésta o sea su luminosidad, diferente deberá ser la distancia del planeta para que las condiciones sean las adecuadas.

 

Empíricamente la distancia que debe estar un planeta de su sol para que las condiciones no sean extremas y dada en UA (Unidades Astronómicas) es:

 

 

Es decir un planeta que gira alrededor de una estrella de 0´5 masas solares, deberá estar a una distancia de entre 0´27 y 0´64 UA y un planeta correspondiente a una estrella de 1´25 masas solares, deberá estar entre 0´76 y 1,78 UA (recordemos que la UA es igual a la distancia de la Tierra al Sol)

 

No pongo en duda que quizás pueda formarse vida en condiciones más extremas, pero creo que los márgenes correspondientes a la fórmula anterior son los que permiten más fácilmente que una vida elemental evolucione hacia un nivel superior.

 

De lo dicho anteriormente se desprende el siguiente:

 

Postulado 3º

Para que pueda iniciarse la vida en la superficie de un planeta, este deberá tener una masa mayor o igual que 0´8 masas terrestres y estar a una distancia de su sol entre los márgenes indicados en la última fórmula.

 

Restricciones astrofísicas

            En el postulado anterior sentamos las bases de una ecosfera, entendiendo como tal la capa de superficie esférica de un planeta dentro de la cual es posible el origen y el desarrollo de la vida (recordemos que la ecología es la ciencia que estudia la relación entre los organismos y el ambiente).

 

            La temperatura de un planeta se determina principalmente por la cantidad de calor que recibe de su sol en cada unidad de superficie durante un período de tiempo determinado, luego según sea su luminosidad variará el tamaño de su ecosfera.

 

            En estrellas de los tipos espectrales K1 en adelante, su luminosidad es tan baja que para que un planeta tenga una ecosfera apreciable la  distancia a su sol aunque esté dentro de los márgenes del postulado nº3 debe ser tan pequeña que los planetas pronto quedarían sujetos a unos períodos de traslación y rotación síncronas, presentando siempre la misma cara a sus soles respectivos con los problemas convectivos que este hecho conlleva.

 

            Otra circunstancia restrictiva la tenemos en los sistemas múltiples. Casi la mitad de las estrellas de nuestra galaxia pertenecen a sistemas múltiples (dos o más soles que giran alrededor de un baricentro común). La órbita de un planeta asociado a un sistema solar binario, seguirá en general una trayectoria muy compleja y abierta, acercándose unas veces mucho a uno u otro de los soles y otras alejándose muchísimo de ambos, con lo que los gradientes térmicos de su superficie serán enormes y con periodicidades erráticas (problema de los tres cuerpos). Las posibilidades de que se desarrolle la vida en estas circunstancias es escasa sino imposible.

 

El astrónomo chino-americano Su Shu Huang ha demostrado matemáticamente que expresando la distancia entre las estrellas de un sistema binario por “a” y la luminosidad de cada una relativa a nuestro Sol por “ l “ (supuestas ambas iguales), la órbita de un posible planeta sometido a la atracción de este sistema será cuasi circular cuando:

Y cuando

                                                                                                      

Cada componente de la estrella binaria puede considerarse a efectos de las órbitas planetarias como si fuesen estrellas independientes.

 

De lo dicho se desprende el:

 

Postulado nº 4

            Para que en un planeta existan posibilidades de existencia de vida a parte de las condiciones indicadas en los postulados anteriores, debe pertenecer a un sol cuya clase espectral debe ser superior a la K1 y si pertenece a un sistema binario la distancia entre sus dos componentes debe ser superior a .

 

El problema de la vida inteligente

Estos cuatro postulados son un indicativo racional de que el fenómeno de la vida, la existencia de una biosfera, puede ser un hecho muy común en el Universo, ahora bien extender este razonamiento hacia una noosfera, hacia la inevitabilidad de que la vida deba llevarnos forzosamente a la racionalidad  es en esencia un acto de fe, ya que el salto de la biosfera a la noosfera es un salto en el vacío, hacia un vacío del que apenas sabemos nada.

 

Sabemos que la evolución es oportunista, no prevista. Tenemos cinco dedos en cada mano y en cada pie, no porque el cinco sea un número mágico y por lo tanto superior al cuatro o al seis, tenemos cinco dedos porque hemos evolucionado a partir de un predecesor, un anfibio, con cinco huesos homólogos a nuestras cinco falanges actuales. Este hecho que es trivial para la cuestión del origen racional, nos plantea la incógnita de cómo hubiese seguido la evolución si nuestro antiguo predecesor hubiese tenido profundamente asentado un patrimonio evolutivo que hubiese impedido el desarrollo de la inteligencia.

 

Podríamos detenernos a pensar si el desarrollo de la inteligencia humana ha sido o no un proceso fortuito. La inteligencia en sí surgió pronto y el desarrollo de las capacidades para utilizarla como instrumento evolucionó conjuntamente con los pájaros y los primates no humanos. Pero las circunstancia ecológicas que rodean la evolución hacia el humanoide se desconocen en esencia. Los antropólogos creen que las comunidades humanas surgieron como respuesta a las inclemencias de los últimos tiempos del Plioceno y del Pleistoceno, quizás por la recesión de los bosques en que habían vivido las comunidades prehumanas o quizás debido a que el nuevo clima frío puso nuevas condiciones sobre los nuevos hábitos en el comer, vestir y morar. Los hielos del Pleistoceno aparecieron en un espacio y en un tiempo en que el prehomínido iniciaba su andadura, si estos hielos no hubiesen aparecido, nuestro antecesor lo más probable es que se hubiese especializado, ¿cómo hubiese sido entonces la evolución?. O mucho antes cuando los dinosaurios dominaban la Tierra, si una catástrofe no los hubiese extinguido, ¿hubiesen evolucionado los mamíferos?.

 

Impresiona enormemente el número de sucesos sueltos, al filo de lo posible, que en conjunto son responsables del salto de la biosfera a la noosfera, es decir de la vida a la inteligencia. Si por un lado nos parece factible que la vida sea un fenómeno común en el Universo por otro lado  las probabilidades de que este salto pueda realizarse solo nos parece plausible.

 

Nos encontramos pues en que este problema y en el momento actual solo lo podemos plantear formalmente si las hipótesis intervinientes las podemos establecer explícitamente, es pues el clásico problema de Fermi, que se basa, como bien conocemos, que en cualquier serie de cálculos los errores tienden a cancelarse entre si, es decir es poco probable que todos los errores de una serie de hipótesis caigan simultáneamente en el lado de la subestimación y en el de la sobreestimación. La ley de la probabilidad nos dice que las desviaciones de la hipótesis correcta tenderán a compensarse de modo que los resultados finales convergerán hacia el número correcto.

Por nuestros conocimientos actuales, podríamos decir teniendo en cuenta las restricciones de los postulados anteriores, que de los cien mil millones de soles que pueblan nuestra galaxia, hay como máximo un millón de planetas cuyas condiciones permiten que la vida evolucione hacia la inteligencia.

 

Teniendo en cuenta que desde que empieza la vida (formación de la biosfera) hasta que esta efectúa el salto hacia la noosfera, transcurren como media cuatro mil millones de años, en un momento determinado nos encontraremos que cada uno de este millón de planetas estará como es lógico en una distinta fase de evolución.

 

Pero nos interesan los planetas con los que podamos comunicarnos, (Es el caso del proyecto de búsqueda de inteligencia extraterrestre). Luego cabe preguntarnos de este millón de planetas ¿cuántos tienen la capacidad tecnológica de enviarnos señales?. El número de planetas con esta capacidad debe ser igual al cociente entre el tiempo en que una civilización puede emitir por el tiempo en que hay vida en ellos.

 

Esta es la gran pregunta ¿cuál es el tiempo que una civilización puede emitir?, es decir cuanto tiempo puede subsistir una civilización tecnológica. Solo tenemos el dato de nuestra propia civilización, y aún así no sabemos cuanto tiempo podremos seguir sin por ejemplo autodestruirnos.

 

Supongamos que una civilización tipo pueda mantener un proceso tecnológico durante un millón de años (nosotros apenas llevamos cinco mil años y apenas setenta y cinco años con tecnología para emitir). Luego esto significa que del millón de planetas con vida solo emitirían

 

 

Es decir en este momento del millón de planetas con posibilidades tecnológicas solo emitirían 250 en nuestra galaxia. Si además consideramos que estos planetas están repartidos uniformemente, la distancia media entre dos civilizaciones tecnológicas en un mismo estado será de:

 

 

Necesitaremos pues y en el mejor de los casos un mínimo de 8000 años para recibir una respuesta.

 

Hace cuatro mil años de la época de los faraones, si una  civilización solo es capaz de mantenerse y avanzar todo este tiempo pero a partir de la tecnología actual, si repetimos los datos anteriores veremos que del millón de planetas solo existirá otro con capacidad de comunicarnos, pero si un nivel tecnológico como el nuestro solo puede pervivir mil años más, no es necesario que repitamos los cálculos, estamos solos en el universo y no vale la pena que intentemos comunicarnos.

 

En noviembre de 1961 en una reunión celebrada en el Observatorio Radioastronómico Nacional presentada por la junta de la ciencia espacial de la Academia de Ciencias de los Estados Unidos en la que participaron entre otras personalidades: Frank Drake, Carl Sagan, Otto Struve y Melvin Galvin, definieron el número de civilizaciones técnicas avanzadas que poseen capacidad e interés en la comunicación interestelar como:

 

 

Siendo “R” la tasa media de la formación estelar promediada en la vida de una galaxia, “ ” la fracción de estrellas con sistemas planetarios, “ ” el número medio de cada sistema planetario con ambiente favorable para la vida, “ ” la fracción de estos planetas habitados en los que en realidad se desarrolla la vida, “   la fracción de los habitados en los que surge la vida racional, “ ” la fracción de los poblados por seres inteligentes en los que aparece una civilización tecnológica, y “L” los años que puede subsistir una civilización tecnológica.

 

Los valores que se obtienen de esta ecuación no se alejan de los obtenidos anteriormente de una forma más general, pero ha sido el fermento del antiguo Proyecto Ozma, y del actual Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre. (si quiere colaborar en este proyecto usando su ordenador como análisis de señales entre en: http://setiathome.berkeley.edu ).

 

Hemos señalado hasta ahora, que la vida en alguna forma, puede ser un fenómeno común en el universo, pero ¿existen otros seres inteligentes en el mismo? ¿está llena la galaxia de mundos civilizados con su propio comercio y cultura? ¿o puede ser que estemos solos?.

 

Una de las mayores revoluciones intelectuales del Renacimiento, por la que lucharon Copérnico y Galileo y por la que perdió la vida Giordano Bruno, fue la idea de que la Tierra era uno de los muchos planetas existentes, y hemos visto que una de las claves para podernos comunicar, es el tiempo que una civilización tecnológica puede sobrevivir sin autodestruirse, con lo que hemos llegado al principio de esta charla.

 

Empezamos planteando la posibilidad de existencia de vida extraterrestre y terminamos planteándonos el problema de nuestra propia supervivencia.