Requerimientos y limitaciones para la vida extraterrestre

¿Hay vida fuera de nuestro planeta? No lo sabemos, “pero si estamos solos en el Universo, seguro sería una terrible pérdida de espacio”, sentenció una vez el famoso divulgador científico Carl Sagan. En caso que haya vida extraterrestre, ¿cómo sería? ¿Iguales a nosotros, de color gris, con grandes ojos, pequeña boca, comunicación telepática, expertos en hacer líneas y pirámides y muy malos manejando naves espaciales? Pues, no, a menos que creas en las sandeces del loco Giorgio Tsoukalos.

En realidad, la única forma de vida que conocemos —no del todo— es la que hay en nuestro planeta. Tal vez haya otras formas diferentes de vida allá afuera, pero para una primera aproximación debemos tomar como base los requerimientos y limitaciones de la propia vida en la Tierra.

Ilustración artística de un exoplaneta, en un sistema solar binario, visto desde su luna. Fuente: Wikimedia Commons

De vez en cuando, la NASA anuncia el descubrimiento de nuevos exoplanetas en estrellas distantantes. Hay una sonda espacial dedicada a tiempo completo a encontrarlos —se llama Kepler— y hasta ahora va encontrando más de 1500, muchos de ellos gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de sus estrellas, convirtiéndolos literalmente en infiernos. Pero también hay unos pocos que son sólidos y giran a una distancia prudente de su sol. Estos planetas tendrían las condiciones adecuadas para albergar vida tal como la conocemos.

Pero ¿cuáles son las condiciones mínimas que debe tener un exoplaneta (o una exoluna) para que florezca la vida? Para el científico planetario Christopher McKay del Centro de Investigación Ames de la NASA, la vida requiere principalmente de energía, carbono, agua líquida y algunos otros elementos químicos, según reporta en un estudio publicado esta semana en PNAS.

Fuentes de energía

La energía necesaria para la vida en la Tierra se sustenta en la transferencia de electrones a través de reacciones químicas de oxidación (ceder electrones) y reducción (ganar electrones), que provoca una acumulación de carga electroquímica a un lado de la membrana celular (en el caso de las bacterias) o de la membrana mitocondrial (en las células eucariotas). Para equilibrar las cargas en ambos lados de la membrana, los protones (cargas positivas) fluyen a través de ella generando energía que es aprovechada por las células para realizar sus funciones.

La principal fuente de energía es la luz solar. Los fotones que llegan desde el sol generan una transferencia de electrones en unas moléculas especiales: la clorofila en las plantas y la bacterioclorofila y bacteriorodopsina en las bacterias. También hay microorganismos que obtienen energía directamente de algunas reacciones químicas como la oxidación de compuestos reducidos de azufre, nitrógeno, hierro e hidrógeno. Pero la principal fuente de energía es la luz de una estrella.

Los picos indican la longitud de onda de la luz que absorben la clorofila A y B. El verde no se absorbe y es ese el color que vemos en las plantas. Fuente: Wikimedia Commons.

En el año 2000, el botánico John Albert Raven calculó que la cantidad mínima de luz necesaria para realizar la fotosíntesis es de 2 milimoles de fotones por cada metro cuadrado de superficie por cada segundo (2mmol*m^-2*s^-1). Plutón, que hasta hace unos años era el planeta más distante del sol (ahora es solo un simple “objeto transneptuniano”), recibe un flujo de luz solar 100 veces superior a ese valor mínimo. Esto indicaría que no es necesario que un exoplaneta esté cerca a su estrella o que la estrella sea muy brillante para alcanzar la cantidad de luz necesaria para sustentar un tipo de fotosíntesis. Incluso una estrella del tipo M lo podría hacer.

El carbono no es abundante

La vida en la Tierra se basa en el elemento número 6 de la Tabla Periódica: el carbono. Es un átomo tan versátil que puede unirse y contorsionarse hasta con cuatro elementos diferentes, formando largas cadenas y moléculas complejas. Sin embargo, el carbono en la Tierra no es abundante y no sería un buen indicio para determinar la habitabilidad de un exoplaneta. El secreto radica en cómo podemos asimilar ese carbono. Las plantas lo hacen todo el tiempo a partir del CO₂ y algunas bacterias a partir de metano (CH₄).

Proporción de carbono respecto a otros elementos químicos (del Litio para arriba) en los distintos planetas del sistema solar. La Tierra es el del círculo con una cruz al medio. Al mismo nivel pero con mayor proporción de carbono se encuentran los seres vivos. Fuente: PNAS.

Se ha especulado mucho acerca de la vida basada en el silicio, sobre todo en las historias de ciencia ficción, debido a la similaridad química con el carbono. Siento defraudarlos: el silicio no serviría para formar seres vivos por tres razones:

1. El carbono asimilable está en forma de CO₂ o CH₄, los cuales son gases que pueden entrar y fluir libremente través de las membranas. El silicio también puede encontrarse como dióxido (SiO₂), pero es un sólido. Necesita 2230°C para convertirse en un gas. Esto hace imposible que los organismos vivos los puedan incorporar directamente.

2. El silicio y el dióxido de silicio son muy poco solubles en agua, esto dificulta que se lleven a cabo las diversas reacciones bioquímicas, a menos que la forma de vida extraterrestre encuentre la manera de solubilizar el silicio o vivir a temperaturas superiores a los 2230°C.

3. El átomo de silicio es muy grande lo cual limita su flexibilidad para formar compuestos anillados que son comunes en los azúcares y algunos aminoácidos.

El agua es vida

El agua es uno de los mejores solventes —y de los más abundantes— que existe en la naturaleza. Las reacciones bioquímicas aquí se llevan a cabo sin problemas. Pero el agua debe estar en forma líquida para poder cumplir con estas funciones y esto depende de la presión y la temperatura del planeta o luna.

Muchos organismos pueden vivir a temperaturas bajo cero gracias a que tienen sales y otros compuestos dentro de sus células que reducen el punto de congelamiento del agua en varios grados. El año pasado, Nadia Mykytczuk de la Laurentian University (Canadá), reportó presencia de vida en el permafrost del Ártico a -15°C. El microorganismo se llama Planococcus halocryophilus y puede vivir incluso a -25°C. El secreto: proteínas con aminoácidos más flexibles y ácidos grasos ramificados para mantener la fluidez y movimiento a bajas temperaturas.

Otros viven a temperaturas sumamente altas. En el 2008, el japonés Ken Takai reportó el crecimiento de una bacteria productora de metano llamada Methanopyrus kandleri a 122°C y a 200 veces la presión atmosférica. Una mayor presión permite tener agua líquida estable a temperaturas superiores a su punto de ebullición (100°C). Sin embargo, a medida que sube la temperatura del agua, su constante dieléctrica se reduce (la mitad a 200°C), llegando al punto de disolver las grasas que conforman las membranas celulares.

No es necesario que hayan grandes océanos para que florezca la vida. En lugares tan secos como el desierto de Atacama en Chile, una cianobacteria llamada Chroococcidiopsis puede sobrevivir debajo de la superficie de las rocas, entre cristales de sal, que capturan la humedad del aire mediante un fenómeno llamado delicuescencia. Basta que la humedad relativa alcance el 70% unas pocas veces al año para que sobrevivan.

Capa verdosa de cianobacterias justo debajo de la superficie de una sal de roca del desierto de Atacama. Fuente: PNAS.

Y, además…

El nitrógeno y el oxígeno también son elementos claves para la vida. Conforman casi todas las biomoléculas: desde el ADN hasta las proteínas. El nitrógeno debe estar en una forma que sea asimilable (nitratos o amonio) y los volcanes y rayos pueden convertirlo. El oxígeno gaseoso (O₂) es indispensable para la vida de organismos multicelulares más complejos, pero no para las simples bacterias. Es así que su presencia en algún planeta o luna podría ser un buen indicio de alguna forma de vida compleja porque este elemento normalmente se encuentra formando óxidos.

También existen microorganismos que resisten altas dosis de radiación. El más famoso es Deinococcus radiodurans que además resiste la desecación. Esto indicaría que no es indispensable la presencia de un campo magnético alrededor de un planeta para sustentar la vida. La propia atmósfera a veces es suficiente para prevenir que la radiación alcance la superficie. Y si la radiación la alcanza, habrá organismos que la puedan tolerar y adaptarse a ella.

No es descabellado pensar que otros solventes distintos al agua puedan sustentar la vida. En Titán —una de las lunas de Saturno— probablemente existan lagos de etano o lluvias de metano. Estos hidrocarburos podrían ser mejores que el agua para manejar la compleja reactividad química de los compuestos orgánicos.

Como podemos ver, la vida en la Tierra se desarrolla en los lugares más extremos. No es necesario buscar un planeta azul como el nuestro, con temperaturas de 25°C y lluvias refrescantes de vez en cuando, para poder encontrar lugares propicios para la vida. Un planeta sin atmósfera, sin océanos, muy cálidos o fríos, podrían fácilmente albergar diversas formas de vida.

Referencia:

McKay, C. Requirements and limits for life in the context of exoplanets. PNAS (2014) doi: 10.1073/pnas.1304212111