El oxígeno en combinación con otros compuestos como metano es considerado la biofirma más obvia. Sin embargo, este hecho no debería hacernos perder de vista que otras bioquímicas podrían poner de manifiesto otras biofirmas, que no necesariamente incluyen oxígeno.
Sabemos, por ejemplo, que la concentración actual de O2 de la Tierra del 21 % es un fenómeno relativamente reciente, pues tenemos buenas razones para creer que las concentraciones de O2 eran mucho más reducidas en los inicios de la historia de la Tierra, incluyendo los tiempos durante los cuales se cree que la fotosíntesis del oxígeno estaba operativa. La fotosíntesis oxigénica fue inventada por las cianobacterias posiblemente hace 3 mil millones de años, aunque el O2 no comenzó a acumularse en la atmósfera hasta alrededor de 2,5 mil millones de años. Y hasta este periodo la vida de este planeta no estuvo acompañada de una acumulación de oxígeno sustancial en la atmósfera.
Lovelock (1965) sugirió por primera vez que la presencia de oxígeno en la atmósfera de un planeta, junto con hidrocarburos, constituiría una firma biológica fiable. Pero no fue hasta Lederberg (1965) que se propuso un planteamiento más allá del oxígeno, cuando sugirió que el desequilibrio termodinámico extremo, en general, sería una buena evidencia de vida.
Buscar el desequilibrio químico en general, como concepto global, es muy interesante, porque a diferencia del planteamiento de buscar una biofirma concreta, propia de un metabolismo concreto, la búsqueda del desequilibrio no realiza asunciones fuertes sobre la bioquímica subyacente. En cambio, es una métrica de habitabilidad genérica que descansa únicamente en la asunción de que los diferentes metabolismos de la Galaxia producen algún tipo de gas que puede alterar el equilibrio de la biosfera del planeta.
De cualquier forma, no hay que olvidar que los planetas pueden manifestar algún tipo de desequilibrio no biológico, propiciado por la luz de la estrella, vulcanismo o energías de marea, entre otros. Medir el desequilibrio es una cuestión de métricas, de medidas. La diferencia entre un planeta con vida de otro sin ella, vendrá por la medida de la intensidad del desequilibrio no explicable por otras causas.
El mejor trabajo que conozco sobre el tema fue publicado en 2015 y es de Krissansen-Totton et al. Presentaron una metodología general en la que calculaban la energía libre implicada en el desequilibrio termodinámico de un planeta. Para experimentar con ella la aplicaron a las principales atmósferas del Sistema Solar, con resultados algo sorprendentes.
Por supuesto, la Tierra resultó ser el planeta con el mayor desequilibrio (2.326 J/mol) debido a la presencia conjunta de N2-O2 y un mar de agua, pero la biofirma por antonomasia, la presencia de metano en una atmósfera conjuntamente con oxígeno apenas aportaba 1,51 J/mol (y esto no se esperaba).
El siguiente era el planeta Marte (136,35 J/mol) motivado por la presencia de CO y O2 en la atmósfera, productos abióticos de la fotodisociación del CO2. Venus, a pesar de tener una atmósfera con una composición similar apenas mostraba desequilibrio (0,06 J/mol) porque la enorme presión atmosférica los elimina rápidamente.
Titán mostraba 1,21 J/mol por la presencia de acetileno y etano abiótico, debido al bombardeo de iones que sufre la luna de Saturno. Me parece un dato un poco decepcionante, sin embargo, los autores reconocieron que el análisis no tuvo en cuenta los lagos de hidrocarburos, por no tener datos precisos sobre su termodinámica. Finalmente, los gigantes gaseosos mostraban un resultado casi nulo.
Otro investigador que ha trabajado ampliamente en el tema es la famosa científica Sara Seager. En 2013 publicó un paper en el que mostraba modelos que, basándose en las especies presentes en la atmósfera de un planeta, estimaban la biomasa planetaria necesaria para producir esos gases. Los modelos termodinámicos (que miden el desequilibrio) solo son una parte de una serie de modelos más amplia y más compleja.
De hecho, hay tres grandes grupos de modelos para caracterizar tres grandes grupos de biofirmas:
Biofirmas Tipo I. Son gases producidos por los procesos biológicos de extracción de energía. Estas biofirmas pueden modelizarse termodinámicamente, porque crean un desequilibrio energético allí donde se producen: CH4 producto de los metanógenos en una atmósfera oxidante como la nuestra, pero también NH3, H2S e incluso H2O, entre otros muchos. Estos gases siempre tendrán falsos positivos, porque también pueden producirse geoquímicamente.
Biofirmas Tipo II. Son los gases creados durante la formación de la materia viva. Por ejemplo, el O2 producto de la fotosíntesis en un entorno oxidante. Pero también podrían ser H2 en un entorno reductor. También pueden ser confundidos con falsos positivos.
Biofirmas Tipo III. Este tercer tipo engloba los gases producidos por cualquier otro proceso biológico que no se engloba en los anteriores. Es mucho más diverso, sin embargo, estas biofirmas, como CH3Cl (Clorometano) y DMS (sulfuro de dimetilo, generado por el plancton), aunque se acumulan en menores cantidades en la atmósfera, son casi exclusivamente una señal de vida. Tampoco están asociados a desequilibrios termodinámicos.
Bioindicadores. Junto a las biofirmas hay un grupo formado por la degeneración de las biofirmas. Son los llamados bioindicadores. Un ejemplo típico es el Ozono O3, formado por la degeneración del Oxígeno O2.
Actualmente, desde un perspectiva global e intentando evitar planteamientos terracéntricos, Seager estudia miles y miles de compuestos distintos para clasificarlos por su potencialidad como biofirma, atendiendo a la biomasa necesaria para producirlos. La idea es, nada más y nada menos que describir sistemáticamente todos los posibles gases biofirma. ¡Esto sí que es un desafío!
1965. El paper de Lovelock por desgracia no está libremente accesible en la red, eran otros tiempos.
http://europepmc.org/abstract/med/5883628
1965. El pionero Lederberg y los signos de vida.
https://profiles.nlm.nih.gov/ps/access/BBABIQ.ocr
2013. El modelo de Seager que determina la biomasa asociada a una biofirma. Es un paper muy interesante.
http://arxiv.org/abs/1309.6014
2015. El artículo de Krissansen-Totton de la Universidad de Washington en Seattle y análisis temodinámico del Sistema Solar.
http://arxiv.org/abs/1503.08249
2015. Este es un buen resumen del pensamiento de Sara Seager sobre biofirmas,
http://advances.sciencemag.org/content/advances/1/2/e1500047.full.pdf
Sabemos, por ejemplo, que la concentración actual de O2 de la Tierra del 21 % es un fenómeno relativamente reciente, pues tenemos buenas razones para creer que las concentraciones de O2 eran mucho más reducidas en los inicios de la historia de la Tierra, incluyendo los tiempos durante los cuales se cree que la fotosíntesis del oxígeno estaba operativa. La fotosíntesis oxigénica fue inventada por las cianobacterias posiblemente hace 3 mil millones de años, aunque el O2 no comenzó a acumularse en la atmósfera hasta alrededor de 2,5 mil millones de años. Y hasta este periodo la vida de este planeta no estuvo acompañada de una acumulación de oxígeno sustancial en la atmósfera.
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| El espectro de la Tierra en el infrarrojo muestra las marcas de los principales componentes de sus biosfera. (Fuente: ESA) |
Lovelock (1965) sugirió por primera vez que la presencia de oxígeno en la atmósfera de un planeta, junto con hidrocarburos, constituiría una firma biológica fiable. Pero no fue hasta Lederberg (1965) que se propuso un planteamiento más allá del oxígeno, cuando sugirió que el desequilibrio termodinámico extremo, en general, sería una buena evidencia de vida.
Buscar el desequilibrio químico en general, como concepto global, es muy interesante, porque a diferencia del planteamiento de buscar una biofirma concreta, propia de un metabolismo concreto, la búsqueda del desequilibrio no realiza asunciones fuertes sobre la bioquímica subyacente. En cambio, es una métrica de habitabilidad genérica que descansa únicamente en la asunción de que los diferentes metabolismos de la Galaxia producen algún tipo de gas que puede alterar el equilibrio de la biosfera del planeta.
De cualquier forma, no hay que olvidar que los planetas pueden manifestar algún tipo de desequilibrio no biológico, propiciado por la luz de la estrella, vulcanismo o energías de marea, entre otros. Medir el desequilibrio es una cuestión de métricas, de medidas. La diferencia entre un planeta con vida de otro sin ella, vendrá por la medida de la intensidad del desequilibrio no explicable por otras causas.
El mejor trabajo que conozco sobre el tema fue publicado en 2015 y es de Krissansen-Totton et al. Presentaron una metodología general en la que calculaban la energía libre implicada en el desequilibrio termodinámico de un planeta. Para experimentar con ella la aplicaron a las principales atmósferas del Sistema Solar, con resultados algo sorprendentes.
Por supuesto, la Tierra resultó ser el planeta con el mayor desequilibrio (2.326 J/mol) debido a la presencia conjunta de N2-O2 y un mar de agua, pero la biofirma por antonomasia, la presencia de metano en una atmósfera conjuntamente con oxígeno apenas aportaba 1,51 J/mol (y esto no se esperaba).
El siguiente era el planeta Marte (136,35 J/mol) motivado por la presencia de CO y O2 en la atmósfera, productos abióticos de la fotodisociación del CO2. Venus, a pesar de tener una atmósfera con una composición similar apenas mostraba desequilibrio (0,06 J/mol) porque la enorme presión atmosférica los elimina rápidamente.
Titán mostraba 1,21 J/mol por la presencia de acetileno y etano abiótico, debido al bombardeo de iones que sufre la luna de Saturno. Me parece un dato un poco decepcionante, sin embargo, los autores reconocieron que el análisis no tuvo en cuenta los lagos de hidrocarburos, por no tener datos precisos sobre su termodinámica. Finalmente, los gigantes gaseosos mostraban un resultado casi nulo.
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| Sara Seager es una científica del MIT que ha dedicado un gran esfuerzo a clasificar todas las posibles biofirmas. (Fuente: MIT). |
Otro investigador que ha trabajado ampliamente en el tema es la famosa científica Sara Seager. En 2013 publicó un paper en el que mostraba modelos que, basándose en las especies presentes en la atmósfera de un planeta, estimaban la biomasa planetaria necesaria para producir esos gases. Los modelos termodinámicos (que miden el desequilibrio) solo son una parte de una serie de modelos más amplia y más compleja.
De hecho, hay tres grandes grupos de modelos para caracterizar tres grandes grupos de biofirmas:
Biofirmas Tipo I. Son gases producidos por los procesos biológicos de extracción de energía. Estas biofirmas pueden modelizarse termodinámicamente, porque crean un desequilibrio energético allí donde se producen: CH4 producto de los metanógenos en una atmósfera oxidante como la nuestra, pero también NH3, H2S e incluso H2O, entre otros muchos. Estos gases siempre tendrán falsos positivos, porque también pueden producirse geoquímicamente.
Biofirmas Tipo II. Son los gases creados durante la formación de la materia viva. Por ejemplo, el O2 producto de la fotosíntesis en un entorno oxidante. Pero también podrían ser H2 en un entorno reductor. También pueden ser confundidos con falsos positivos.
Biofirmas Tipo III. Este tercer tipo engloba los gases producidos por cualquier otro proceso biológico que no se engloba en los anteriores. Es mucho más diverso, sin embargo, estas biofirmas, como CH3Cl (Clorometano) y DMS (sulfuro de dimetilo, generado por el plancton), aunque se acumulan en menores cantidades en la atmósfera, son casi exclusivamente una señal de vida. Tampoco están asociados a desequilibrios termodinámicos.
Bioindicadores. Junto a las biofirmas hay un grupo formado por la degeneración de las biofirmas. Son los llamados bioindicadores. Un ejemplo típico es el Ozono O3, formado por la degeneración del Oxígeno O2.
Actualmente, desde un perspectiva global e intentando evitar planteamientos terracéntricos, Seager estudia miles y miles de compuestos distintos para clasificarlos por su potencialidad como biofirma, atendiendo a la biomasa necesaria para producirlos. La idea es, nada más y nada menos que describir sistemáticamente todos los posibles gases biofirma. ¡Esto sí que es un desafío!
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| El proceso consiste en clasificar las moléculas en función del tipo de biofirma, para saber qué modelo aplicar. Posteriormente se induce si es detectable con una cantidad de biomasa razonable y si puede quedar contaminada con algún tipo de falso positivo. (Fuente: Sara Seager) |
1965. El paper de Lovelock por desgracia no está libremente accesible en la red, eran otros tiempos.
http://europepmc.org/abstract/med/5883628
1965. El pionero Lederberg y los signos de vida.
https://profiles.nlm.nih.gov/ps/access/BBABIQ.ocr
2013. El modelo de Seager que determina la biomasa asociada a una biofirma. Es un paper muy interesante.
http://arxiv.org/abs/1309.6014
2015. El artículo de Krissansen-Totton de la Universidad de Washington en Seattle y análisis temodinámico del Sistema Solar.
http://arxiv.org/abs/1503.08249
2015. Este es un buen resumen del pensamiento de Sara Seager sobre biofirmas,
http://advances.sciencemag.org/content/advances/1/2/e1500047.full.pdf
Se importa se eu fizer um vídeo sobre exoplanetas quentes?
ResponderEliminarNo hay problema, si quieres que te ayude en algo me comentas.
ResponderEliminarNo problem, if I can be of any help, just let me know.