Panspermia es la hipótesis que sugiere que las "semillas" o la esencia de la vida prevalecen diseminadas por todo el universo y que la vida comenzó en la Tierra gracias a la llegada de tales semillas a nuestro planeta. Estas ideas tienen su origen en algunas de las consideraciones del filósofo griego Anaxágoras. El astrónomo Sir Fred Hoyle también apoyó la idea de la panspermia.
Existen evidencias de bacterias capaces de sobrevivir largos períodos de tiempo incluso en el espacio exterior, lo que apoyaría el mecanismo subyacente de este proceso. Estudios recientes en la India apoyan la hipótesis. Otros han hallado bacterias en la atmósfera a altitudes de más de 40 km donde, aunque no se espera que se produzcan mezclas con capas inferiores, pueden haber llegado desde éstas. Bacterias Streptococcus mitis que fueron llevadas a la Luna por accidente en la Surveyor 3 en 1967, pudieron ser revividas sin dificultad cuando llegaron de vuelta a la Tierra tres años después.
Una posible consecuencia de la panspermia sería que la vida en todo el universo poseería una base bioquímica similar, a menos que hubiera más de una fuente original de vida.
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El siguiente es un articulo de divulgación científica que aborda la teoria de la Panspermia. Otra teoria tiene Terence McKenna .
¿Vino de otro mundo la vida?
por David Warmflash y Benjamin Weiss
Fuente: Artículo extraído del número de ENERO de 2006 de la revista Investigación y Ciencia, edición española de Scientific American.
David Warmflash y Benjamin Weiss han seguido caminos distintos, aunque complementarios, en el estudio del origen extraterrestre de la vida. Astrobiólogo de la Universidad de Houston y del Centro Espacial Johnson de la NASA, Warmflash participa en el desarrollo de métodos de análisis moleculares que faciliten la búsqueda de microorganismos en Marte y en Europa, un satélite de Júpiter. Weiss es profesor de ciencias planetarias en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Ha estudiado varios meteoritos marcianos.
Durante largo tiempo se había venido admitiendo que la vida en la Tierra constituía un fenómeno local. De acuerdo con la hipótesis más extendida, las células vivas primitivas surgieron de la evolución química en nuestro planeta, hace miles de millones de años, en un proceso de abiogénesis. La posibilidad de que las células, o sus precursores, llegaran del espacio pertenecía al reino de la fantasía científica. Pero los avances logrados en el curso de los últimos diez años abonan la idea de que la biosfera de nuestro planeta habría surgido de una semilla extraterrestre.
Sabemos que en las primeras etapas de la historia de nuestro sistema solar habrían existido numerosos mundos con agua líquida, el ingrediente esencial para la vida tal y como la conocemos. Datos recientes obtenidos de las exploraciones que la NASA ha realizado en Marte corroboran las antiguas sospechas: el agua fluyó alguna vez por el planeta rojo, al menos de forma intermitente. No es descabellado, pues, pensar que la vida existió en Marte largo tiempo atrás y que quizá continúa allí. La vida pudo haberse desarrollado también en Europa, satélite de Júpiter (el cuarto en razón del tamaño), que parece albergar agua líquida bajo su helada superficie. El mayor satélite de Saturno, Titán, abunda en compuestos orgánicos; habida cuenta de las temperaturas gélidas de dicha luna, la posibilidad de hallar formas de vida allí es escasa, pero no debe descartarse. La vida podría haberse desarrollado incluso en el tórrido Venus. Aunque la superficie venusiana está sometida a una temperatura y presión atmosférica excesivas para ser habitable, el planeta podría haber albergado vida microscópica en las capas altas de la atmósfera. Además,puede que en la superficie de Venus no hayan reinado siempre esas condiciones durísimas. Quizá Venus presentara antaño un ambiente similar al de la Tierra primitiva.
Por otra parte, la extensión del espacio interplanetario no constituye la barrera infranqueable que aparenta. En el curso de los últimos veinte años se ha descubierto, a partir de la composición de los gases atrapados en ciertas rocas, que una treintena larga de meteoritos hallados en la Tierra proceden de la corteza de Marte. Al propio tiempo, se han hallado organismos aptos para sobrevivir en el interior de tales meteoritos, al menos durante un viaje corto. Aunque ello no significa que fueran los mismos organismos que viajaron, demuestra que otros podrían haberlo hecho. La vida habría aparecido en Marte y luego venido a la Tierra, o viceversa. Los expertos estudian ahora con tenacidad el transporte interplanetario de materiales biológicos para averiguar si el viaje pudo haber ocurrido alguna vez. Estos trabajos arrojarán nueva luz sobre algunas cuestiones candentes: ¿Dónde y cómo surgió la vida? ¿Caben otras formas de vida? ¿Hay vida en alguna otro lugar del universo?
De la filosofía al laboratorio
A los primeros filósofos, la creación de vida a partir de materia inerte les parecía algo tan mágico, exclusivo de las deidades, que algunos optaron por suponer que las formas vivas llegaron a la Tierra procedentes de otro lugar. Anaxágoras, filósofo griego de hace 2500 años, formuló la hipótesis de la "panespermia" ("semillas por doquier"). De acuerdo con la misma, la vida, todas las cosas en realidad, surgieron de la combinación de semillas sutiles y dispersas por el cosmos. En la era moderna, Lord Kelvin, Svante Arrhenius y Francis Crick, entre otros, han abogado por formas diversas de panespermia. Aunque la proponen también otros autores de menos respetabilidad, se trata de una idea que no podemos ignorar a la hora de estudiar la distribución y evolución de la vida en el universo y cómo ésta apareció sobre la Tierra.
En su formulación actual, la hipótesis de la panespermia se centra en los medios empleados por el material biológico para alcanzar nuestro planeta, no en el propio origen de la vida. Donde quiera que empezara, la vida surgió de materia inerte. La abiogénesis pasó del dominio filosófico a la experimentación científica durante los años cincuenta del siglo pasado, cuando Stanley L. Miller y Harold C. Urey, de la Universidad de Chicago, demostraron que los aminoácidos y otras moléculas de importancia biológica se generaban a partir de compuestos simples que, se suponía, existieron en la Tierra primitiva. Ahora se cree que también las moléculas de ácido ribonucleico (ARN), cruciales para el desarrollo de la vida, se ensamblaron a partir de componentes más elementales.
En las células actuales, moléculas especializadas de ARN participan en la síntesis de las proteínas. Algunos ácidos ribonucleicos actúan de mensajeros entre los genes (hechos de ácido desoxirribonucleico, o ADN) y los ribosomas (las fábricas de proteínas de la célula). Otros ARN transportan aminoácidos (los constituyentes de las proteínas) a los ribosomas, que a su vez contienen otra clase de ARN. Los ARN trabajan a la par con enzimas que catalizan la unión de los aminoácidos, pero los ARN ribosómicos realizan la etapa crucial de la síntesis proteica por sí mismos. Durante las primeras fases de la evolución de la vida, las enzimas pudieron haber sido ARN, no proteínas. Puesto que estas enzimas de ARN habrían fabricado las primeras proteínas sin la existencia previa de enzimas proteínicas, la abiogénesis escapa del viejo problema sobre la prioridad del huevo o la gallina, al que se le había atado con anterioridad. Un sistema prebiótico de ARN y proteínas habría desarrollado, andando el tiempo, la capacidad de replicar sus constituyentes moleculares, de una forma basta en un comienzo, para ir adquiriendo eficacia creciente.
Esta nueva concepción del origen de la vida ha obligado a replantearse el debate científico sobre la panespermia. Ya no se discute si los primeros microorganismos surgieron en la Tierra o llegaron del espacio. Durante los comienzos caóticos del sistema solar, nuestro planeta estuvo sometido a un intenso bombardeo de meteoritos que contenían compuestos orgánicos simples. La Tierra joven pudo haber recibido también moléculas de mayor complejidad con funciones enzimáticas; moléculas que, si bien prebióticas, formaban parte de un sistema que podía conducir a la vida. Tras aterrizar en un medio adecuado, éstas habrían continuado evolucionando hasta formar células vivas. Cabe, pues, un escenario intermedio en el que la vida hundiera sus raíces en la Tierra y en el espacio. Pero, ¿cuáles fueron las etapas que condujeron al desarrollo de la vida y dónde se dieron? Y, una vez la vida arraigó, ¿hasta dónde se extendió?
Los investigadores acostumbraban centrarse en la plausibilidad de la idea de panespermia. Han dado un paso al frente, para calcular la probabilidad de que los materiales biológicos realizaran el viaje a la Tierra desde otros planetas y satélites. Para iniciar el viaje interplanetario, los materiales (rocas y partículas de polvo) habrían sido expulsados de su planeta de origen tras el impacto de un corneta o un asteroide. Durante el viaje espacial, el campo gravitatorio de otro planeta o de un satélite los habría capturado. Luego, habrían decelerado hasta caer hacia la superficie cruzando la atmósfera, si la hubiera.
Transferencias de ese tipo ocurren con frecuencia por todo el sistema solar, aunque para el material expulsado resulta más fácil viajar desde los cuerpos más alejados del Sol hacia los más cercanos y terminar en un objeto de mayor masa. De hecho, las simulaciones realizadas por Brett Gladman, de la Universidad de Columbia Británica, sugieren que la masa transportada de la Tierra a Marte es muy inferior a la transferida de Marte a la Tierra. El escenario panespérmico más estudiado se basa,pues, en el transporte de microorganismos, o sus precursores, de Marte a la Tierra. Las simulaciones de impactos de asteroides y cometas en Marte indican que los materiales salen lanzados en múltiples direcciones. Para Gladman y sus colaboradores, cada pocos millones de años Marte sufre un impacto de violencia suficiente para eyectar rocas que, con el tiempo, alcanzarían la Tierra. El viaje interplanetario suele ser bastante largo: gran parte de la casi tonelada de rocas marcianas que aterrizan en la Tierra anualmente ha pasado varios millones de años en el espacio. Sólo una diminuta fracción (una de cada 10 millones) habrá permanecido menos de un año en el espacio. A los tres años del impacto, han completado el viaje Marte-Tierra unas 10 rocas del tamaño de un puño con un peso superior a los 100 gramos. Guijarros y partículas de polvo tienden a realizar viajes interplanetarios con mayor rapidez; con rocas, sin embargo, esos recorridos menudean menos.
¿Sobrevivirían las entidades biológicas a estos viajes? Analicemos primero si los microorganismos resistirían la eyección desde el cuerpo celeste progenitor del meteorito. En el laboratorio se ha observado, a través de ensayos de choque, que ciertas cadenas de bacterias sobreviven a las aceleraciones y sacudidas (cambios de aceleración) que sufrirían en una típica eyección de altas presiones en Marte. Resulta de vital importancia, no obstante, que durante el impacto y la expulsión los meteoritos no* se calienten hasta el punto de destruir el material biológico que portan.
En un principio se creyó que cualquier material expulsado con una velocidad superior a la vélocidad de escape de Marte terminaría, si no convertido en vapor, fundido del todo. A raíz del posterior descubrimiento de meteoritos totalmente intactos (sin fundir) procedentes de la Luna y de Marte, se desechó esa idea. H. Jay Melosh, de la Universidad de Arizona, calculó que un pequeño porcentaje de las rocas eyectadas serían expulsadas de Marte sin sufrir ningún calentamiento. Según Melosh, cuando la onda de presión que, debida al impacto, se propaga del interior al exterior alcanza la superficie del planeta, lo hace con una diferencia de fase de 180 grados, lo que cancela la presión en una fina capa de rocas justo por debajo de la superficie. Dado que esta capa apenas sufre compresión, mientras que las capas interiores se hallan sometidas a una enorme presión, las rocas cercanas a la superficie se expulsan a grandes velocidades y sin sufrir apenas deformación.
¿Qué decir de la capacidad de los microorganismos de sobrevivir a la entrada en la atmósfera terrestre? Edward Anders, adscrito por entonces al Instituto Enrico Fermi de la Universidad de Chicago, demostró que las partículas interplanetarias se frenan en la atmósfera alta de la Tierra, evitando así el calentamiento. Los meteoritos, en cambio, sufren una fricción fortísima: su superficie se funde cuando atraviesan la atmósfera. Pero el pulso térmico tiene tiempo de penetrar unos milímetros meteorito adentro, de forma que los organismos encerrados en la profundidad de la roca sobrevivirían.
En el curso de los últimos cinco años, uno de los autores (Weiss) ha venido analizando con sus colaboradores dos tipos de meteoritos marcianos: los nakhlites, un conjunto de rocas expulsadas de Marte por un impacto cometario o de asteroide hace unos 11 millones de años, y ALH84001, que abandonó el planeta rojo cuatro millones de años antes. (ALH84001 se hizo famoso en 1996, cuando un grupo de científicos liderados por David McKay, del Centro Espacial Johnson de la NASA, anunció el hallazgo de trazas de microorganismos fósiles que recordaban a las bacterias terrestres. Un decenio después continúa el debate sobre si este meteorito contiene o no huellas de vida marciana.)
A partir del estudio de las propiedades magnéticas de los meteoritos y la composición de los gases atrapados dentro de éstos, el equipo de Weiss halló que ALH84001, y al menos dos de los siete nakhlites descubiertos hasta la fecha, apenas se habían calentado unos pocos cientos de grados Celsius desde que formaron parte de la superficie marciana. Es más, el hecho de que los nakhlites sean rocas casi prístinas, inalteradas por los efectos de las ondas de choque de altas presiones, significa que el impacto en Marte no elevó su temperatura por encima de los 100 grados centígrados.
No todos, pero sí buena parte de los procariotas terrestres (organismos unicelulares simples como las bacterias, cuyo núcleo carece de membrana) y los eucariotas (organismos con núcleos bien definidos) sobrevivirían dentro de ese intervalo de temperaturas. Este resultado ofreció la primera prueba experimental de que los materiales viajarían de planeta a planeta sin experimentar esterilización térmica en ningún momento, desde la eyección hasta el aterrizaje.
El problema de la radiación
Con todo, para que la panespermia resulte viable los microorganismos deben sobrevivir no sólo a la expulsión del planeta de origen y la entrada en la atmósfera del cuerpo de llegada, sino superar también el viaje interplanetario. Los meteoroides y las partículas de polvo estarían expuestos al espacio vacío, a temperaturas extremas y a varios tipos de radiación. La de mayor peligro para la vida por ellos portada sería la luz solar ultravioleta (UV) de alta energía, que rompe los enlaces que unen los átomos de carbono de las moléculas orgánicas. Pero no resulta complicado protegerse de esa radiación: bastan unas micras de material opaco para resguardar a las bacterias.
Un proyecto europeo realizado en las instalaciones que la NASA utiliza para el estudio de exposiciones de larga duración ("Long Duration Exposure Facility", o LDEF, un satélite desplegado por la lanzadera espacial en 1984 y rescatado de su órbita seis años después) demostró que con una fina capa de aluminio se podía proteger de la radiación UV a esporas de la bacteria Bacillus subtilis. De las esporas protegidas por el aluminio, aunque expuestas al vacío y a las temperaturas extremas del espacio, un 80 por ciento sobrevivió (se reanimaron como células bacterianas activas al final de la misión). En cuanto a las esporas que no estaban protegidas por el aluminio y, por tanto, quedaban a merced de la radiación UV directa del Sol, la mayoría se destruyeron. No todas, sin embargo: una de cada diez mil permaneció viable (la presencia de sustancias como la glucosa y las sales aumentaron la tasa de supervivencia). Incluso en cuerpos de las dimensiones de una partícula de polvo, la radiación solar ultravioleta no tendría por qué esterilizar a una colonia microbiana entera. En el interior de un cuerpo de mayor tamaño (un guijarro, por ejemplo), la protección frente a la radiación ultravioleta sería todavía mayor.
Este estudio de las radiaciones se llevó a cabo en una órbita baja terrestre, dentro de la protección del campo magnético de nuestro planeta. Por tanto, los resultados nada dicen sobre los efectos de las partículas interplanetarias dotadas de carga que no atraviesan la magnetosfera de la Tierra. De vez en cuando, en el Sol se registran estallidos que producen iones y electrones de alta energía; además, las partículas dotadas de carga constituyen una de las componentes principales de la radiación cósmica galáctica que bombardea sin cesar el sistema solar. Proteger a los organismos de radiaciones tan energéticas como los rayos gamma entraña mayor complejidad que apantallarlos ante la radiación ultravioleta. Una capa de roca de sólo unos micrometros de espesor bloquea la radiación ultravioleta. Sin embargo, a mayor escudo, mayor es la dosis de otros tipos de radiación, por una razón clara: la interacción entre partículas dotadas de carga y fotones de alta energía, por un lado, y material rocoso del escudo, por otro, produce una auténtica lluvia de radiación secundaria en el interior del meteorito.
Esa lluvia alcanzaría a cualquier microorganismo del interior de la roca, salvo que ésta midiera dos o más metros de diámetro. Ahora bien, según hemos avanzado, ese tipo de rocas no suelen emprender viajes interplanetarios rápidos. En consecuencia, además de la protección ultravioleta, importa sobremanera la resistencia del microorganismo a todos los componentes de la radiación espacial y la celeridad con la que el meteorito portador se desplaza de planeta a planeta. Cuanto más corto sea el viaje, menor será la dosis de radiación y, por tanto, mayor el índice de supervivencia.
En términos de resistencia a la radiación, B. subtilis es bastante robusta. Deinococcus radiodurans, una bacteria que Arthur W. Anderson descubrió en los años cincuenta del siglo pasado, lo es todavía más: sobrevive a las dosis de radiación que se aplican para esterilizar los productos alimenticios y prospera incluso en el interior de los reactores nucleares. Los mismos mecanismos celulares que reparan el ADN de D. radiodurans fabrican paredes celulares extragruesas, que protegen a la célula de la radiación, a la vez que mitigan los efectos de la deshidratación. En teoría, si los organismos con estas propiedades se hallaran incluidos en un material catapultado desde Marte de la forma en la que los nakhlites y ALH84001 lo fueron (es decir, sin sufrir un calentamiento excesivo), una fracción de los mismos permanecería viable tras viajar por el espacio interplanetario durante varios años, quizá decenios.
Pero no se ha investigado el período de supervivencia de organismos activos, esporas o moléculas orgánicas complejas más allá de la magnetosfera terrestre. Los experimentos, que se basarían en introducir los materiales biológicos en simuladores meteoríticos sometidos al entorno del espacio interplanetario, se realizarían en la superficie de la Luna. De hecho, se llevaron muestras biológicas a bordo de las misiones Apollo en el marco de un estudio preliminar europeo sobre efectos de las radiaciones. Sin embargo, la misión más longeva no duró más de 12 días; las muestras permanecieron en todo momento dentro de la nave, sin quedar expuestas a la radiación espacial. En el futuro, los simuladores meteoríticos se instalarían en la superficie lunar o se lanzarían en trayectorias interplanetarias durante varios años, antes de traerlos de vuelta a la Tierra para analizarlos en el laboratorio. (Hablamos de posibilidades hoy en estudio.) Sí se ha acometido el proyecto MARIE ("Martian Radiation Environment Experiment"), un estudio a largo plazo de las condiciones de radiación en Marte. Lanzado por la NASA en 2001 a bordo de la nave Mars Odyssey, el dispositivo MARIE mide la dosis de rayos cósmicos galácticos y de partículas energéticas solares, conforme el satélite orbita alrededor del planeta rojo. Aunque MARIE no transporta material biológico, sus sensores operan en el rango de radiación más dañino para el ADN.
Futuras investigaciones
En teoría, la panespermia resulta viable. Algunos de los aspectos más importantes de la hipótesis han pasado de la validez teórica a la confirmación experimental. El estudio de los meteoritos muestra que se ha transferido material de un planeta a otro en el transcurso de la historia del sistema solar y que este proceso se sigue produciendo a un ritmo conocido. Es más, los análisis demuestran que una fracción considerable de microorganismos en el interior de la materia eyectada de planetas como Marte sobreviviría a la expulsión hacia el espacio y a la entrada en la atmósfera terrestre.
Otros aspectos de la hipótesis panespérmica, en cambio, son de difícil comprobación. Para determinar si los organismos resistentes a la radiación (B. subtilis y D. radiodurans) sobrevivirían a un viaje interplanetario, se requieren más datos. Y aunque ello se demostrara, tampoco probaría que así hubiera sucedido en el caso de la biosfera de la Tierra, puesto que los experimentos se realizan con formas de vida terrestre actuales. Los organismos de hace miles de millones de años podrían haber sobrevivido con mayor éxito, o menor. Además, es imposible cuantificar la probabilidad de que la vida exista o haya existido alguna vez en planetas distintos de la Tierra. Los conocimientos sobre el origen de cualquier forma de vida (incluida la terrestre), todavía demasiado escasos, no permiten extraer conclusiones sólidas acerca de la probabilidad de que la abiogénesis haya sucedido en otro mundo. Dadas las condiciones y los ingredientes adecuados, si la vida podría emerger en cientos de millones de años o en cinco minutos lo ignoramos. Lo único que sabemos con certeza es que hace 2700 millones de años, si no varios cientos de millones de años antes, la vida prosperó en la Tierra.
Por ahora ni podemos cuantificar togas las etapas de la panespermia, ni estimar cuánto material biológico o cuántas células vivas llegaron a la superficie de la Tierra en un período determinado. Ni siquiera la transferencia de organismos viables garantiza el éxito de la germinación en el planeta que los recibe, sobre todo si ya hay vida anterior.
Caben varias situaciones imaginables. Los microorganismos de Marte llegaron a la Tierra después de que la vida surgiera de forma independiente en nuestro planeta y no lograron reemplazar las especies locales ni coexistir con ellas. La vida marciana encontró en la Tierra un nicho apropiado, que no se ha identificado todavía; de hecho, del total de especies bacteriológicas que habitan nuestro planeta apenas se ha catalogado un pequeño porcentaje; incluso pudiera ser que pervivieran, sin identificar, grupos de organismos carentes de relación genética con la vida terrestre conocida.
Mientras no se descubra vida en otro planeta o satélite, seguiremos ignorando si hubo panespermia y en qué grado. En el supuesto de que las futuras misiones espaciales hallaran vida en el planeta rojo y llegaran a la conclusión de que la bioquímica marciana difiere de la terrestre, quedaría demostrado que la vida terrestre no procede de Marte. Pero si las bioquímicas fueran similares, cabría preguntarse sobre la posibilidad de una fuente común para ambas biosferas. Para abordar esta cuestión, y suponiendo que las formas de vida marcianas utilizaban el ADN para almacenar la información genética, deberían estudiarse las secuencias de nucleótidos. Si las secuencias de ADN marcianas no siguieran el código genético que las células vivas terrestres utilizan para la síntesis de proteínas, la hipótesis panespérmica entre Marte y la Tierra perdería fuerza.
No se agotan ahí las situaciones plausibles. Quizá la vida de Marte utilizara el ARN o una estructura parecida para su replicación. De hecho, podría ser que algunos organismos de la Tierra, aún por descubrir, se ajustaran a esa categoría, en cuyo caso tales criaturas terrestres exóticas se hallarían emparentadas con las formas de vida marcianas.
A modo de resumen: la vida terrestre pudo originarse en el propio planeta, resultar de una semilla biológica procedente del espacio o surgir de una combinación de ambos procesos. Cualquiera de esas situaciones fue posible. La confirmación de una panespermia entre Marte y la Tierra sugeriría que la vida, una vez iniciada, se esparciría con presteza por todo un sistema estelar.
Si, por el contrario, se hallaran organismos marcianos surgidos con independencia de la vida terrestre, ello indicaría que la abiogénesis ocurre con facilidad por todo el cosmos. Es más, podrían compararse organismos terrestres con formas de vida alienígena para elaborar una definición más general de la vida. Por fin, comenzaríamos a entender las leyes de la biología igual que comprendemos las de la física y la química: como propiedades fundamentales de la naturaleza.
Existen evidencias de bacterias capaces de sobrevivir largos períodos de tiempo incluso en el espacio exterior, lo que apoyaría el mecanismo subyacente de este proceso. Estudios recientes en la India apoyan la hipótesis. Otros han hallado bacterias en la atmósfera a altitudes de más de 40 km donde, aunque no se espera que se produzcan mezclas con capas inferiores, pueden haber llegado desde éstas. Bacterias Streptococcus mitis que fueron llevadas a la Luna por accidente en la Surveyor 3 en 1967, pudieron ser revividas sin dificultad cuando llegaron de vuelta a la Tierra tres años después.
Una posible consecuencia de la panspermia sería que la vida en todo el universo poseería una base bioquímica similar, a menos que hubiera más de una fuente original de vida.
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El siguiente es un articulo de divulgación científica que aborda la teoria de la Panspermia. Otra teoria tiene Terence McKenna .
¿Vino de otro mundo la vida?
por David Warmflash y Benjamin Weiss
Fuente: Artículo extraído del número de ENERO de 2006 de la revista Investigación y Ciencia, edición española de Scientific American.
David Warmflash y Benjamin Weiss han seguido caminos distintos, aunque complementarios, en el estudio del origen extraterrestre de la vida. Astrobiólogo de la Universidad de Houston y del Centro Espacial Johnson de la NASA, Warmflash participa en el desarrollo de métodos de análisis moleculares que faciliten la búsqueda de microorganismos en Marte y en Europa, un satélite de Júpiter. Weiss es profesor de ciencias planetarias en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Ha estudiado varios meteoritos marcianos.
Durante largo tiempo se había venido admitiendo que la vida en la Tierra constituía un fenómeno local. De acuerdo con la hipótesis más extendida, las células vivas primitivas surgieron de la evolución química en nuestro planeta, hace miles de millones de años, en un proceso de abiogénesis. La posibilidad de que las células, o sus precursores, llegaran del espacio pertenecía al reino de la fantasía científica. Pero los avances logrados en el curso de los últimos diez años abonan la idea de que la biosfera de nuestro planeta habría surgido de una semilla extraterrestre.
Sabemos que en las primeras etapas de la historia de nuestro sistema solar habrían existido numerosos mundos con agua líquida, el ingrediente esencial para la vida tal y como la conocemos. Datos recientes obtenidos de las exploraciones que la NASA ha realizado en Marte corroboran las antiguas sospechas: el agua fluyó alguna vez por el planeta rojo, al menos de forma intermitente. No es descabellado, pues, pensar que la vida existió en Marte largo tiempo atrás y que quizá continúa allí. La vida pudo haberse desarrollado también en Europa, satélite de Júpiter (el cuarto en razón del tamaño), que parece albergar agua líquida bajo su helada superficie. El mayor satélite de Saturno, Titán, abunda en compuestos orgánicos; habida cuenta de las temperaturas gélidas de dicha luna, la posibilidad de hallar formas de vida allí es escasa, pero no debe descartarse. La vida podría haberse desarrollado incluso en el tórrido Venus. Aunque la superficie venusiana está sometida a una temperatura y presión atmosférica excesivas para ser habitable, el planeta podría haber albergado vida microscópica en las capas altas de la atmósfera. Además,puede que en la superficie de Venus no hayan reinado siempre esas condiciones durísimas. Quizá Venus presentara antaño un ambiente similar al de la Tierra primitiva.
Por otra parte, la extensión del espacio interplanetario no constituye la barrera infranqueable que aparenta. En el curso de los últimos veinte años se ha descubierto, a partir de la composición de los gases atrapados en ciertas rocas, que una treintena larga de meteoritos hallados en la Tierra proceden de la corteza de Marte. Al propio tiempo, se han hallado organismos aptos para sobrevivir en el interior de tales meteoritos, al menos durante un viaje corto. Aunque ello no significa que fueran los mismos organismos que viajaron, demuestra que otros podrían haberlo hecho. La vida habría aparecido en Marte y luego venido a la Tierra, o viceversa. Los expertos estudian ahora con tenacidad el transporte interplanetario de materiales biológicos para averiguar si el viaje pudo haber ocurrido alguna vez. Estos trabajos arrojarán nueva luz sobre algunas cuestiones candentes: ¿Dónde y cómo surgió la vida? ¿Caben otras formas de vida? ¿Hay vida en alguna otro lugar del universo?
De la filosofía al laboratorio
A los primeros filósofos, la creación de vida a partir de materia inerte les parecía algo tan mágico, exclusivo de las deidades, que algunos optaron por suponer que las formas vivas llegaron a la Tierra procedentes de otro lugar. Anaxágoras, filósofo griego de hace 2500 años, formuló la hipótesis de la "panespermia" ("semillas por doquier"). De acuerdo con la misma, la vida, todas las cosas en realidad, surgieron de la combinación de semillas sutiles y dispersas por el cosmos. En la era moderna, Lord Kelvin, Svante Arrhenius y Francis Crick, entre otros, han abogado por formas diversas de panespermia. Aunque la proponen también otros autores de menos respetabilidad, se trata de una idea que no podemos ignorar a la hora de estudiar la distribución y evolución de la vida en el universo y cómo ésta apareció sobre la Tierra.
En su formulación actual, la hipótesis de la panespermia se centra en los medios empleados por el material biológico para alcanzar nuestro planeta, no en el propio origen de la vida. Donde quiera que empezara, la vida surgió de materia inerte. La abiogénesis pasó del dominio filosófico a la experimentación científica durante los años cincuenta del siglo pasado, cuando Stanley L. Miller y Harold C. Urey, de la Universidad de Chicago, demostraron que los aminoácidos y otras moléculas de importancia biológica se generaban a partir de compuestos simples que, se suponía, existieron en la Tierra primitiva. Ahora se cree que también las moléculas de ácido ribonucleico (ARN), cruciales para el desarrollo de la vida, se ensamblaron a partir de componentes más elementales.
En las células actuales, moléculas especializadas de ARN participan en la síntesis de las proteínas. Algunos ácidos ribonucleicos actúan de mensajeros entre los genes (hechos de ácido desoxirribonucleico, o ADN) y los ribosomas (las fábricas de proteínas de la célula). Otros ARN transportan aminoácidos (los constituyentes de las proteínas) a los ribosomas, que a su vez contienen otra clase de ARN. Los ARN trabajan a la par con enzimas que catalizan la unión de los aminoácidos, pero los ARN ribosómicos realizan la etapa crucial de la síntesis proteica por sí mismos. Durante las primeras fases de la evolución de la vida, las enzimas pudieron haber sido ARN, no proteínas. Puesto que estas enzimas de ARN habrían fabricado las primeras proteínas sin la existencia previa de enzimas proteínicas, la abiogénesis escapa del viejo problema sobre la prioridad del huevo o la gallina, al que se le había atado con anterioridad. Un sistema prebiótico de ARN y proteínas habría desarrollado, andando el tiempo, la capacidad de replicar sus constituyentes moleculares, de una forma basta en un comienzo, para ir adquiriendo eficacia creciente.
Esta nueva concepción del origen de la vida ha obligado a replantearse el debate científico sobre la panespermia. Ya no se discute si los primeros microorganismos surgieron en la Tierra o llegaron del espacio. Durante los comienzos caóticos del sistema solar, nuestro planeta estuvo sometido a un intenso bombardeo de meteoritos que contenían compuestos orgánicos simples. La Tierra joven pudo haber recibido también moléculas de mayor complejidad con funciones enzimáticas; moléculas que, si bien prebióticas, formaban parte de un sistema que podía conducir a la vida. Tras aterrizar en un medio adecuado, éstas habrían continuado evolucionando hasta formar células vivas. Cabe, pues, un escenario intermedio en el que la vida hundiera sus raíces en la Tierra y en el espacio. Pero, ¿cuáles fueron las etapas que condujeron al desarrollo de la vida y dónde se dieron? Y, una vez la vida arraigó, ¿hasta dónde se extendió?
Los investigadores acostumbraban centrarse en la plausibilidad de la idea de panespermia. Han dado un paso al frente, para calcular la probabilidad de que los materiales biológicos realizaran el viaje a la Tierra desde otros planetas y satélites. Para iniciar el viaje interplanetario, los materiales (rocas y partículas de polvo) habrían sido expulsados de su planeta de origen tras el impacto de un corneta o un asteroide. Durante el viaje espacial, el campo gravitatorio de otro planeta o de un satélite los habría capturado. Luego, habrían decelerado hasta caer hacia la superficie cruzando la atmósfera, si la hubiera.
Transferencias de ese tipo ocurren con frecuencia por todo el sistema solar, aunque para el material expulsado resulta más fácil viajar desde los cuerpos más alejados del Sol hacia los más cercanos y terminar en un objeto de mayor masa. De hecho, las simulaciones realizadas por Brett Gladman, de la Universidad de Columbia Británica, sugieren que la masa transportada de la Tierra a Marte es muy inferior a la transferida de Marte a la Tierra. El escenario panespérmico más estudiado se basa,pues, en el transporte de microorganismos, o sus precursores, de Marte a la Tierra. Las simulaciones de impactos de asteroides y cometas en Marte indican que los materiales salen lanzados en múltiples direcciones. Para Gladman y sus colaboradores, cada pocos millones de años Marte sufre un impacto de violencia suficiente para eyectar rocas que, con el tiempo, alcanzarían la Tierra. El viaje interplanetario suele ser bastante largo: gran parte de la casi tonelada de rocas marcianas que aterrizan en la Tierra anualmente ha pasado varios millones de años en el espacio. Sólo una diminuta fracción (una de cada 10 millones) habrá permanecido menos de un año en el espacio. A los tres años del impacto, han completado el viaje Marte-Tierra unas 10 rocas del tamaño de un puño con un peso superior a los 100 gramos. Guijarros y partículas de polvo tienden a realizar viajes interplanetarios con mayor rapidez; con rocas, sin embargo, esos recorridos menudean menos.
¿Sobrevivirían las entidades biológicas a estos viajes? Analicemos primero si los microorganismos resistirían la eyección desde el cuerpo celeste progenitor del meteorito. En el laboratorio se ha observado, a través de ensayos de choque, que ciertas cadenas de bacterias sobreviven a las aceleraciones y sacudidas (cambios de aceleración) que sufrirían en una típica eyección de altas presiones en Marte. Resulta de vital importancia, no obstante, que durante el impacto y la expulsión los meteoritos no* se calienten hasta el punto de destruir el material biológico que portan.
En un principio se creyó que cualquier material expulsado con una velocidad superior a la vélocidad de escape de Marte terminaría, si no convertido en vapor, fundido del todo. A raíz del posterior descubrimiento de meteoritos totalmente intactos (sin fundir) procedentes de la Luna y de Marte, se desechó esa idea. H. Jay Melosh, de la Universidad de Arizona, calculó que un pequeño porcentaje de las rocas eyectadas serían expulsadas de Marte sin sufrir ningún calentamiento. Según Melosh, cuando la onda de presión que, debida al impacto, se propaga del interior al exterior alcanza la superficie del planeta, lo hace con una diferencia de fase de 180 grados, lo que cancela la presión en una fina capa de rocas justo por debajo de la superficie. Dado que esta capa apenas sufre compresión, mientras que las capas interiores se hallan sometidas a una enorme presión, las rocas cercanas a la superficie se expulsan a grandes velocidades y sin sufrir apenas deformación.
¿Qué decir de la capacidad de los microorganismos de sobrevivir a la entrada en la atmósfera terrestre? Edward Anders, adscrito por entonces al Instituto Enrico Fermi de la Universidad de Chicago, demostró que las partículas interplanetarias se frenan en la atmósfera alta de la Tierra, evitando así el calentamiento. Los meteoritos, en cambio, sufren una fricción fortísima: su superficie se funde cuando atraviesan la atmósfera. Pero el pulso térmico tiene tiempo de penetrar unos milímetros meteorito adentro, de forma que los organismos encerrados en la profundidad de la roca sobrevivirían.
En el curso de los últimos cinco años, uno de los autores (Weiss) ha venido analizando con sus colaboradores dos tipos de meteoritos marcianos: los nakhlites, un conjunto de rocas expulsadas de Marte por un impacto cometario o de asteroide hace unos 11 millones de años, y ALH84001, que abandonó el planeta rojo cuatro millones de años antes. (ALH84001 se hizo famoso en 1996, cuando un grupo de científicos liderados por David McKay, del Centro Espacial Johnson de la NASA, anunció el hallazgo de trazas de microorganismos fósiles que recordaban a las bacterias terrestres. Un decenio después continúa el debate sobre si este meteorito contiene o no huellas de vida marciana.)
A partir del estudio de las propiedades magnéticas de los meteoritos y la composición de los gases atrapados dentro de éstos, el equipo de Weiss halló que ALH84001, y al menos dos de los siete nakhlites descubiertos hasta la fecha, apenas se habían calentado unos pocos cientos de grados Celsius desde que formaron parte de la superficie marciana. Es más, el hecho de que los nakhlites sean rocas casi prístinas, inalteradas por los efectos de las ondas de choque de altas presiones, significa que el impacto en Marte no elevó su temperatura por encima de los 100 grados centígrados.
No todos, pero sí buena parte de los procariotas terrestres (organismos unicelulares simples como las bacterias, cuyo núcleo carece de membrana) y los eucariotas (organismos con núcleos bien definidos) sobrevivirían dentro de ese intervalo de temperaturas. Este resultado ofreció la primera prueba experimental de que los materiales viajarían de planeta a planeta sin experimentar esterilización térmica en ningún momento, desde la eyección hasta el aterrizaje.
El problema de la radiación
Con todo, para que la panespermia resulte viable los microorganismos deben sobrevivir no sólo a la expulsión del planeta de origen y la entrada en la atmósfera del cuerpo de llegada, sino superar también el viaje interplanetario. Los meteoroides y las partículas de polvo estarían expuestos al espacio vacío, a temperaturas extremas y a varios tipos de radiación. La de mayor peligro para la vida por ellos portada sería la luz solar ultravioleta (UV) de alta energía, que rompe los enlaces que unen los átomos de carbono de las moléculas orgánicas. Pero no resulta complicado protegerse de esa radiación: bastan unas micras de material opaco para resguardar a las bacterias.
Un proyecto europeo realizado en las instalaciones que la NASA utiliza para el estudio de exposiciones de larga duración ("Long Duration Exposure Facility", o LDEF, un satélite desplegado por la lanzadera espacial en 1984 y rescatado de su órbita seis años después) demostró que con una fina capa de aluminio se podía proteger de la radiación UV a esporas de la bacteria Bacillus subtilis. De las esporas protegidas por el aluminio, aunque expuestas al vacío y a las temperaturas extremas del espacio, un 80 por ciento sobrevivió (se reanimaron como células bacterianas activas al final de la misión). En cuanto a las esporas que no estaban protegidas por el aluminio y, por tanto, quedaban a merced de la radiación UV directa del Sol, la mayoría se destruyeron. No todas, sin embargo: una de cada diez mil permaneció viable (la presencia de sustancias como la glucosa y las sales aumentaron la tasa de supervivencia). Incluso en cuerpos de las dimensiones de una partícula de polvo, la radiación solar ultravioleta no tendría por qué esterilizar a una colonia microbiana entera. En el interior de un cuerpo de mayor tamaño (un guijarro, por ejemplo), la protección frente a la radiación ultravioleta sería todavía mayor.
Este estudio de las radiaciones se llevó a cabo en una órbita baja terrestre, dentro de la protección del campo magnético de nuestro planeta. Por tanto, los resultados nada dicen sobre los efectos de las partículas interplanetarias dotadas de carga que no atraviesan la magnetosfera de la Tierra. De vez en cuando, en el Sol se registran estallidos que producen iones y electrones de alta energía; además, las partículas dotadas de carga constituyen una de las componentes principales de la radiación cósmica galáctica que bombardea sin cesar el sistema solar. Proteger a los organismos de radiaciones tan energéticas como los rayos gamma entraña mayor complejidad que apantallarlos ante la radiación ultravioleta. Una capa de roca de sólo unos micrometros de espesor bloquea la radiación ultravioleta. Sin embargo, a mayor escudo, mayor es la dosis de otros tipos de radiación, por una razón clara: la interacción entre partículas dotadas de carga y fotones de alta energía, por un lado, y material rocoso del escudo, por otro, produce una auténtica lluvia de radiación secundaria en el interior del meteorito.
Esa lluvia alcanzaría a cualquier microorganismo del interior de la roca, salvo que ésta midiera dos o más metros de diámetro. Ahora bien, según hemos avanzado, ese tipo de rocas no suelen emprender viajes interplanetarios rápidos. En consecuencia, además de la protección ultravioleta, importa sobremanera la resistencia del microorganismo a todos los componentes de la radiación espacial y la celeridad con la que el meteorito portador se desplaza de planeta a planeta. Cuanto más corto sea el viaje, menor será la dosis de radiación y, por tanto, mayor el índice de supervivencia.
En términos de resistencia a la radiación, B. subtilis es bastante robusta. Deinococcus radiodurans, una bacteria que Arthur W. Anderson descubrió en los años cincuenta del siglo pasado, lo es todavía más: sobrevive a las dosis de radiación que se aplican para esterilizar los productos alimenticios y prospera incluso en el interior de los reactores nucleares. Los mismos mecanismos celulares que reparan el ADN de D. radiodurans fabrican paredes celulares extragruesas, que protegen a la célula de la radiación, a la vez que mitigan los efectos de la deshidratación. En teoría, si los organismos con estas propiedades se hallaran incluidos en un material catapultado desde Marte de la forma en la que los nakhlites y ALH84001 lo fueron (es decir, sin sufrir un calentamiento excesivo), una fracción de los mismos permanecería viable tras viajar por el espacio interplanetario durante varios años, quizá decenios.
Pero no se ha investigado el período de supervivencia de organismos activos, esporas o moléculas orgánicas complejas más allá de la magnetosfera terrestre. Los experimentos, que se basarían en introducir los materiales biológicos en simuladores meteoríticos sometidos al entorno del espacio interplanetario, se realizarían en la superficie de la Luna. De hecho, se llevaron muestras biológicas a bordo de las misiones Apollo en el marco de un estudio preliminar europeo sobre efectos de las radiaciones. Sin embargo, la misión más longeva no duró más de 12 días; las muestras permanecieron en todo momento dentro de la nave, sin quedar expuestas a la radiación espacial. En el futuro, los simuladores meteoríticos se instalarían en la superficie lunar o se lanzarían en trayectorias interplanetarias durante varios años, antes de traerlos de vuelta a la Tierra para analizarlos en el laboratorio. (Hablamos de posibilidades hoy en estudio.) Sí se ha acometido el proyecto MARIE ("Martian Radiation Environment Experiment"), un estudio a largo plazo de las condiciones de radiación en Marte. Lanzado por la NASA en 2001 a bordo de la nave Mars Odyssey, el dispositivo MARIE mide la dosis de rayos cósmicos galácticos y de partículas energéticas solares, conforme el satélite orbita alrededor del planeta rojo. Aunque MARIE no transporta material biológico, sus sensores operan en el rango de radiación más dañino para el ADN.
Futuras investigaciones
En teoría, la panespermia resulta viable. Algunos de los aspectos más importantes de la hipótesis han pasado de la validez teórica a la confirmación experimental. El estudio de los meteoritos muestra que se ha transferido material de un planeta a otro en el transcurso de la historia del sistema solar y que este proceso se sigue produciendo a un ritmo conocido. Es más, los análisis demuestran que una fracción considerable de microorganismos en el interior de la materia eyectada de planetas como Marte sobreviviría a la expulsión hacia el espacio y a la entrada en la atmósfera terrestre.
Otros aspectos de la hipótesis panespérmica, en cambio, son de difícil comprobación. Para determinar si los organismos resistentes a la radiación (B. subtilis y D. radiodurans) sobrevivirían a un viaje interplanetario, se requieren más datos. Y aunque ello se demostrara, tampoco probaría que así hubiera sucedido en el caso de la biosfera de la Tierra, puesto que los experimentos se realizan con formas de vida terrestre actuales. Los organismos de hace miles de millones de años podrían haber sobrevivido con mayor éxito, o menor. Además, es imposible cuantificar la probabilidad de que la vida exista o haya existido alguna vez en planetas distintos de la Tierra. Los conocimientos sobre el origen de cualquier forma de vida (incluida la terrestre), todavía demasiado escasos, no permiten extraer conclusiones sólidas acerca de la probabilidad de que la abiogénesis haya sucedido en otro mundo. Dadas las condiciones y los ingredientes adecuados, si la vida podría emerger en cientos de millones de años o en cinco minutos lo ignoramos. Lo único que sabemos con certeza es que hace 2700 millones de años, si no varios cientos de millones de años antes, la vida prosperó en la Tierra.
Por ahora ni podemos cuantificar togas las etapas de la panespermia, ni estimar cuánto material biológico o cuántas células vivas llegaron a la superficie de la Tierra en un período determinado. Ni siquiera la transferencia de organismos viables garantiza el éxito de la germinación en el planeta que los recibe, sobre todo si ya hay vida anterior.
Caben varias situaciones imaginables. Los microorganismos de Marte llegaron a la Tierra después de que la vida surgiera de forma independiente en nuestro planeta y no lograron reemplazar las especies locales ni coexistir con ellas. La vida marciana encontró en la Tierra un nicho apropiado, que no se ha identificado todavía; de hecho, del total de especies bacteriológicas que habitan nuestro planeta apenas se ha catalogado un pequeño porcentaje; incluso pudiera ser que pervivieran, sin identificar, grupos de organismos carentes de relación genética con la vida terrestre conocida.
Mientras no se descubra vida en otro planeta o satélite, seguiremos ignorando si hubo panespermia y en qué grado. En el supuesto de que las futuras misiones espaciales hallaran vida en el planeta rojo y llegaran a la conclusión de que la bioquímica marciana difiere de la terrestre, quedaría demostrado que la vida terrestre no procede de Marte. Pero si las bioquímicas fueran similares, cabría preguntarse sobre la posibilidad de una fuente común para ambas biosferas. Para abordar esta cuestión, y suponiendo que las formas de vida marcianas utilizaban el ADN para almacenar la información genética, deberían estudiarse las secuencias de nucleótidos. Si las secuencias de ADN marcianas no siguieran el código genético que las células vivas terrestres utilizan para la síntesis de proteínas, la hipótesis panespérmica entre Marte y la Tierra perdería fuerza.
No se agotan ahí las situaciones plausibles. Quizá la vida de Marte utilizara el ARN o una estructura parecida para su replicación. De hecho, podría ser que algunos organismos de la Tierra, aún por descubrir, se ajustaran a esa categoría, en cuyo caso tales criaturas terrestres exóticas se hallarían emparentadas con las formas de vida marcianas.
A modo de resumen: la vida terrestre pudo originarse en el propio planeta, resultar de una semilla biológica procedente del espacio o surgir de una combinación de ambos procesos. Cualquiera de esas situaciones fue posible. La confirmación de una panespermia entre Marte y la Tierra sugeriría que la vida, una vez iniciada, se esparciría con presteza por todo un sistema estelar.
Si, por el contrario, se hallaran organismos marcianos surgidos con independencia de la vida terrestre, ello indicaría que la abiogénesis ocurre con facilidad por todo el cosmos. Es más, podrían compararse organismos terrestres con formas de vida alienígena para elaborar una definición más general de la vida. Por fin, comenzaríamos a entender las leyes de la biología igual que comprendemos las de la física y la química: como propiedades fundamentales de la naturaleza.
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