CURSO DE ASTROBIOLOGÍA NOTAS
1- PRESENTACIÓN
2- ¿QUÉ ES LA ASTROBIOLOGIA?
En esta clase vamos a tratar de establecer un concepto general que todos podamos entender sobre lo que es la Astrobiología, partiremos de su etimología:
Astro: Cuerpo Celeste.
Bio: Vida o seres vivos.
Logía: Tratado, Estudio o Ciencia.
Definiremos entonces a la Astrobiología, en términos generales, como: El estudio de la vida en cuerpos celestes. La Exobiología por su parte, es una rama de la Astrobiología que se concentra en la búsqueda de vida en otros planetas.
A diferencia de Pseudo Ciencias como la Ufología o la Onvilogía, la Astrobiología fundamenta todos sus estudios en el Método Científico (Observación, Pregunta, Hipótesis, Experimentación y Conclusión), no en la mera especulación carente de pruebas.
La Astrobiología no afirma o da por sentada la existencia de vida extraterrestre, sino que intenta encontrarla por primera vez.
En tanto ciencia, la Astrobiología trata de responder algunas de las siguientes preguntas:
¿Cuál es el origen de la vida?
¿Por qué estamos vivos?
¿Qué es la vida en sí?
¿Puede haber vida en otros planetas?
¿Alguien se hace las mismas preguntas que nosotros?
¿Cuál será nuestro futuro?
¿Dónde debemos buscar vida?
#############################################################################
3- ¿QUÉ ES LA VIDA?
Directamente no podemos hacer una definición de lo que es la vida; sin embargo podemos definirla a partir de ciertos tipos de características que todos los seres vivos compartimos.
En esta clase veremos algunas de esas características, tal es el caso de: Células, Metabolismo, Homeóstasis, Irritabilidad, Adaptación, Evolución, Reproducción, Muerte, Autopoiesis, entre otras.
La unidad básica de la vida es la célula. En la naturaleza tenemos dos tipos de células: las células procariontes y las células eucariontes.
Los elementos químicos que conforman la vida están organizados principalmente en tres grupos de átomos: Primarios (C, H, O, N, P, S), Secundarios (Ca, Na, K, Cl, I, Mg) y Oligoementos (Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Ni, otros). Estos elementos se unen para formar moléculas más complejas que pueden ser de dos tipos: Orgánicas e Inorgánicas.
#############################################################################
4- ORGANIZACIÓN DE LA VIDA
Como ya hemos visto, las células, que son las unidades básicas de la vida, están formadas por átomos y moléculas, una estructura interna que permite la organización de los seres vivos de maneras complejas.
Los seres vivos somos materia, y al igual que las cosas, los minerales, los animales y las plantas, que también son materia, ocupan un lugar en el espacio y poseen un masa definida.
En función a la complejidad en cuanto al número de componentes, su composición e interacción, podemos definir los siguiente niveles de organización de la vida:
Nivel Atómico
Moléculas (monómeros)
Macromoléculas (polímeros, fosfolípidos, etc.)
Pared Celular
Organelos
Células (procariontes y eucariontes)
Tejidos (epitelial, conectivo, neuronal, muscular)
Órganos
Sistema (circulatorio, muscular, óseo, etc.)
Individuo
Población
Comunidad
Ecosistema (componentes vivos más componentes abiótcos)
Biomas
Biósfera
Los seres vivos, al llegar a niveles de organización más complejos pueden interactuar entre sí. Estas interacciones puened ser, entre otras: Neutralismo, Competición, Mutualismo (simbiosis), Cooperación, Comensalismo, Amensalismo, Parasitismo, Depredación.
Cuando la interacción de los seres vivos está fuera de balance o es desproporcionada, genera lo que se conoce como impacto, que es el efecto causado por un ser vivo en otro, o en el entorno.
#############################################################################
5- EL ORIGEN DE NUESTRO HOGAR
Partiremos de la teoría del Big Bang, que propone que tanto el tiempo como el espacio se originaron a partir de la expansión acelerada de una singularidad, que es un punto que concentraba toda la materia del universo. A medida que el espacio y el tiempo se iban expandiendo y acelerando, las partículas de materia iban interactuando entre ellas para dar origen a las nebulosas y las galaxias, que son concentraciones de materia en expansión, y estas a su vez a las estrellas y los planetas.
El Sol se formó a partir de la concentración progresiva de materia y polvo estelar por efecto de la gravedad. Esto sucede en las llamadas guarderías estelares dentro de ciertas nebulosas. El Sol no está hecho de fuego, sino de plasma, que es básicamente concentraciones de isótopos de hidrógeno en fusión nuclear produciendo helio en el proceso.
Al formarse una estrella, quedan dando vuelta a su alrededor, restos de materia y polvo que va agrupándose paulatinamente en cuerpos sólidos que colisionan entre sí y que eventualmente dan origen a los planetas.
Nuestro sistema solar tiene actualmente 8 planetas (conocidos y aceptados como tales). Los planetas interiores: Mercurio, Venus, La Tierra y Marte; y los planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Estos últimos, planetas que son bolas de gas gigantescas.
Plutón, al igual que Eris y Ceres, no son considerados formalmente como planetas, sino como planetas enanos. A mayor tamaño, su forma tiene a ser más esférica.
6- NUESTRO MUNDO
La formación de nuestro sistema solar fue bastante agresiva al comienzo con bastantes colisiones entre rocas, por esto se cree que la formación de nuestro planeta Tierra y de nuestra Luna, también tuvo que ver con una colisión.
Dice la teoría de la Gran Colisión o del Gran Impacto, que un gran asteroide llamado Tea colisionó con lo que era un joven planeta Tierra en formación, produciendo fragmentos que eventualmente, y como producto de la gravedad, se compactaron dando origen a lo que hoy es la Luna, que a su vez produjo posteriormente, las mareas y la atmósfera.
Además de los efectos producidos por la Luna, el campo magnético de la tierra también ha sido un factor muy inportante para el surgimiento de la vida, ya que desvía la radiación producida por las corrientes de plasma solar para que no incidan directamente sobre la superficie de la tierra quemándolo todo, por lo que se han podido concentrar las masas de agua que forman los oceanos y que fueron la casa inicial para los seres vivos.
El planeta Tierra pertenece al Sistema Solar, éste a su vez es parte de un vecindario solar, que junto a otros vecindarios solares conforman la galaxia conocida como la Vía Lactea.
#############################################################################
7- EL ORIGEN DE LA VIDA
Históricamente han existido varias hipótesis, teorías o experimentos que tratan de explicar el origen de la vida:
Creacionismo y Diseño inteligente: El hombre y las especias fueron creadas por un ser superior.
Generación Espontánea: La vida surge de la nada.
Experimento de Redi
Biogénesis: La vida proviene de algo anterior que tiene vida.
Experimento de Spallanzini
Experimento de Pasteur
Panspermia
Abiogénesis (síntesis bioquímica)
Experimento de Miller y Urey
De estas teorías, una de las más aceptadas en la actualidad es la Abiogénesis que plantea que la vida puede originarse a partir de la no-vida; es decir, mediante la síntesis de moléculas orgánicas, partiendo de moléculas inorgánicas, dadas las condiciones apropiadas. A este proceso también se le conoce como quimio-síntesis.
A la partícula hipotética que se hubiera generado mediante el proceso de Abiogénesis se le llama protobionte (el precursor de la vida), luego encontraríamos los Progenotes (antepasado directo de los seres vivos) y finalmente el Luca (el primer ser vivo), son las siglas en inglés de Último Antepasado Común Universal.
#############################################################################
8- EL LUGAR IDEAL
El lugar ideal
Para definir lo que sería un lugar ideal para la vida, tenemos que partir del concepto de Zona de Habitabilidad, que ese sector en los alrededores de una estrella, donde se dan las condiciones de temperatura ideales para que haya agua líquida. Dependiendo del tipo de estrella: gigantes azules, amarillas (como el Sol) o enanas rojas, entre otras, las zonas pueden estar más o menos distantes.
En el sistema solar, los planetas que se encuentran en esta zona son: Venus, la Tierra y Marte, ya que Mercurio está tan cerca, que el calor hace imposible la formación de agua líquida, mientras que los planetas exteriores están tan alejados del Sol que, de existir agua, ésta estaría en estado de congelación.
En una galaxia también existe una Zona de Habitabilidad, y es esta zona suficientemente alejada del centro (del agujero negro super masivo) y de los extremos más alejados, de tal manera de que se pueden formar planetas rocosos como la Tierra.
A pesar de que existen varios planetas que pudieran tener las condiciones ideales para tener agua líquida, identificados por los diferentes telescopios espaciales y que se encuentran en zona de habitabilidad tanto en el sistema solar como en otros sistemas extra-solares, es sólo la Tierra de la que tenemos conocimiento que se ha podido formar la vida.
#######################################################################
9- PLANETA TIERRA COMO LUGAR IDEAL
Planeta tierra como lugar ideal
Como ya vimos, la Tierra está en la Zona de Habitabilidad del sistema solar, además presenta condiciones ideales para la vida como el hecho de tener un sistema o movimiento de rotación que no es equitativo a su movimiento traslación, lo que permite que tengamos el día y la noche, a diferencia de la Luna por ejemplo que al tener movimientos equitativos muestra siempre una misma cara. La Tierra por el contrario, al tener intervalos de frío y calor, permite un clima templado en todo el planeta, lo que favorece la vida.
Adicionalmente, el eje de rotación de la Tierra tiene una inclinación de cerca de 23 grados, que se ve afectada cada cierto tiempo (varios miles de años) por la gravedad que ejerce Júpiter sobre el planeta, y que produce los llamados períodos de glaciación, eras de hielo o eras glaciales. En estos períodos, los polos se congelan mucho y la zona ecuatorial se vuelve un desierto, trayendo como consecuencia que muchos animales mueran, mientras que otros sobrevivan creando una regulación a a través de la extinción y readaptación de las especies. Otras formas de regulación son la depredación y la proliferación de parásitos.
Otra de las condiciones ideales para la vida en la tierra fue la producida por la aparición de las cianobacterias, organismos que mediante el proceso de fotosíntesis produjeron oxígeno, esencial para la vida como la conocemos y dando origen a la capa de ozono que nos protege de las radiaciones nocivas provenientes de los rayos del sol.
La necesidad de adaptación a los diferentes cambios que afectan las condiciones ideales para la vida en la Tierra se llama Evolución y entre otros, ha originado un tipo de seres vivos llamados extremófilos, que son capaces de vivir en condiciones extremas donde comúnmente no puede existir vida, tal es el caso de los tardígrados.
###############################################################
10 - LA EVOLUCIÓN DE LA VIDA
La Evolución se refiere a cómo los seres vivos han ido cambiando, adaptándose y dando origen a distintos grupos nuevos partiendo de un individuo único. Como lo vimos en clases anteriores, sería el ser vivo que habría dado origen a todos los demás.
La Evolución de los seres vivos pasó por varias etapas. Se notó que los seres vivos eran más sencillos en su complejidad cuando estaban en el agua al compararlos con los que vivían en la tierra. Incluso se observó que los anfibios se encontraban en un nivel de complejidad intermedio.
La clasificación más reciente, en relación a la evolución, seria la siguiente:
Procariontes
Bacterias y Archeas
Eucariontes
Protistas (algas)
Fungi
Plantae
Animalia
Sin embargo, esta clasificación ha ido cambiando como lo veremos más adelante.
Selección Natural
Aún cuando ya desde los griegos se hablaba del concepto de evolución, es con la llegada de Darwin a América que se comienza a desarrollar una teoría válida sobre cómo evolucionaban los seres vivos mediante el proceso que llamó Selección Natural. Partiendo de mutaciones genéticas producidas aleatoriamente, las características físicas más favorables para la supervivencia de los individuos va a permitirles permanecer y reproducirse, en comparación a otras mutaciones menos favorables que provocarían su extinción.
La teoría de la Evolución está respaldada por muchas leyes, relacionadas particularmente con las matemáticas y la genética. Algo que se debe tener en cuenta es que la Evolución no es lineal, sino que es sumamente compleja y ramificada, e incluso puede suceder como producto de fusiones de seres vivos distintos.
##############################################################
10 - CLASIFICACIÓN DE LA VIDA
Aún cuando la teoría propuesta por Charles Darwin fue muy acertada y visionaria, no contaba con las bases de la genética. Incluso Gregor Mendell, al definir las leyes matemáticas de la genética, no tenía información suficiente acerca de lo que ocurría a nivel de los genes, en el ADN.
No fue sino hasta 1953 que los científicos Watson y Crick, con la importante colaboración de Rosalind Franklin, descubren el ADN, lo que significó un cambio revolucionario para la biología moderna. A partir de allí pudimos entender el código, la estructura y composición del ADN y el funcionamiento del proceso evolutivo desde un punto de vista genético.
Actualmente, procesos de modificación genética como la clonación, los transgénicos o el método CRISPR/Cas9 nos permiten modificar las estructuras de ADN a voluntad e insertar en ellas secuencias específicas de información, lo cual ha generado una intensa polémica y un debate ético en el entorno científico de la genética moderna.
Hasta hace poco existía una clasificación general de seres vivos en reinos:
Bacterias
Archeas
Protistas (algas y organismos unicelulares)
Fungi (hongos)
Plantae (vegetales modernos)
Animalia (animales)
NOTA: previamente se incluía el llamado reino mineral, pero se ha excluido de la clasificación al no tratarse de seres vivos.
Dada la complejidad de los procesos evolutivos en los seres vivos, la clasificación cladística moderna (ramificada) de la vida no se basa en reinos sino en dominios. Los tres grandes dominios actuales que abarcan la clasificación de toda la vida, son:
Bacteria (con todas sus ramificaciones)
Arquea (con todas sus ramificaciones)
Eucarionte (con todas sus ramificaciones), en este deominio se incluyen los hongos, las plantas y los animales.
La clasificación en dominios se logró gracias a la composición química del ADN y las similitudes existentes entre los diferentes individuos identificadas por la Genética.
Genética
La genética funciona en base a un código de cuatro letras: G, A, C y T/U
G: corresponde a la molécula Guanina.
A: corresponde a la molécula Adenina.
C: corresponde a la molécula Citosina.
T/U: corresponde a la molécula Tiamina en el ADN y a Uracilo en su correspondiente ARN (molécula de lectura y transferencia de la información).
Los aminoácidos son grupos generalmente formados por tres moléculas de las anteriores, que unidos en una secuencia forman las proteínas que constituyen la base de todo lo que somos.
#################################################################
12 - CIVILIZACIONES EXTRATERRESTRES
La palabra civilización la podemos definir como un grupo de animales inteligentes y organizados que hacen uso de tecnologías. Analicemos en qué posición estaría nuestro planeta Tierra.
Existe una manera de estimar la cantidad de civilizaciones que pudieran existirn en nuestra galaxia y que pudieran poseer tecnología suficiente para realizar emisiones de radio detectables por nosotros, la ecuación de Drake o fórmula de Drake.
Ecuación de Drake
Es una ecuación propuesta por el radioastrónomo Frank Drake, que partiendo del cálculo del número de estrellas que se han identificado en nuestra galaxia, La Vía Lactea, intenta estimar cuántas de esas estrellas podrían tener planetas, cuántos de esos planetas podrían estar en zonas habitables, cuántos de estos podrían albergar vida, y cuántos finalmente podrían haber desarrollado un tipo de vida suficientemente inteligente para generar civilizaciones y la tecnología necesaria para emitir señales de radio detectables en otros planetas. Según la ecuación de Drake, cada diez años deberíamos tener contacto con al menos una civilización extraterrestre; sin embargo, no es así, y a esta paradoja se le conoce como la Paradoja de Fermi.
Se han planteado algunas hipótesis que buscan resolver la paradoja de Fermi, por ejemplo:
Que estos seres poseen una forma de vida tan exótica y diferente a lo conocido, que no somos capaces de reconocerlos.
Que estamos dedicando nuestros mayores esfuerzos en recibir señales provenientes de afuera, en lugar de generar señales que puedan ser recibidas o escuchadas por otros seres.
Que ya existan, actualmente, seres de otras civilizaciones extraterrestres viviendo entre nosotros, con facultades y características tan superiores a nosotros que no somos conscientes de su presencia.
Las civilizaciones extraterrestres se han autodestruído como producto del fenómeno llamado Gran Filtro.
Además, se desarrolló un sistema (basado en hipótesis) para medir el avance y desarrollo tecnológico de una civilización tomando como referencia principal, la manera en que dicha civilización administra y hace uso de los recursos de que dispone. A este sistema se le ha denominado Escalas de Kardashev y plantea 3 niveles:
Nivel 1 (o civilización de Tipo 1): este tipo de civilización es capaz de administrar los recursos y el clima de su planeta, no extinguen ni agotan los recursos ni a otros seres vivos.
Nivel 2 (o civilización de Tipo 2): este tipo de civilización, son una especie interplanetaria y para vivir, obtienen su energía directamente de la estrella del sistema, sería civilizaciones inmortales.
Nivel 3 (o civilización de Tipo 3): este tipo de civilización se habría expandido más allá de los límites de su sistema y estarían presentes en varios lugares en su galaxia. A partir de este nivel, todo es extremadamente especulativo e incierto ya que no es posible hacer estimaciones con las limitaciones de conocimiento e información que poseemos.
En esta escala, nuestra civilización en la Tierra estaría alrededor del nivel 0.78, ya que aún cuando hemos logrado interconectar todo el planeta, no hemos logrado hacer una administración eficiente de nuestros recursos.
#################################################################################
13-
¿DÓNDE HAY VIDA EXTRATERRESTRE?
El primer lugar que se nos viene a la mente a la hora de pensar en dónde podríamos encontrar vida extraterrestre es el planeta Marte, ya que posee muchas condiciones que son potencialmente propicias para albergar vida, incluyendo la posible presencia de agua en estado líquido bajo los polos congelados. Sin embargo, la expectativa principal es que el tipo de vida que pudiera existir en otros planetas, sean principalmente bacterias.
Al estar Marte, Venus y la Tierra en la zona de habitabilidad del Sistema Solar, se cree que en estos otros planetas pudo haber existido vida abundante en el pasado e incluso haber tenido estos planetas una apariencia similar a la de la Tierra, lo que apoya las hipótesis de la Paspermia que vimos en clases anteriores.
Existe la posibilidad de que los primeros hallazgos de vida bacteriana en Marte que encontremos terminen siendo producto de una Paspermia generada por los mismos seres humanos al no haber tenido el debido cuidado de esterilización de las sondas que se han enviado a ese planeta en épocas anteriores, y que pidieron haber llevado organismos extremófilos como los tardígrados, capaces de sobrevivir a las condiciones del expacio exterior.
En Venus, por otra parte se ha formado una nube que envuelve todo el planeta y que ha producido un efecto de calentamiento o invernadero a tal grado que hace imposible actualmente la vida allí, aún cuando se cree que en el pasado este planeta contó con oceanos de agua líquida incluso más grandes que los que hay actualmente en la Tierra.
También se maneja una probabilidad de encontrar vida en algunas lunas de Júpiter y Saturno, en particular, Europa y Titán, ya que a pesar de no estar en la zona habitable, cuentan con algunos elementos en estado líquido o hielo, que pudieran ser indicios para la presencia de vida, aún cuando no como la conocemos en la Tierra.
##########################################################################
