ASTROBIOLOGIA: HISTÒRIA, OBJECTE D'ESTUDI I IMPORTÀNCIA - BIOLOGIA - 2025

La astrobiologia o exobiologia és una branca de la biologia que s'ocupa de l'origen, la distribució i dinàmica de la vida, en el context tant del nostre planeta, com de l'univers sencer. Podríem dir doncs, que com a ciència l'astrobiologia és a l'univers, el que la biologia és a el planeta Terra.

A causa de l'ampli espectre d'acció de l'astrobiologia, hi conflueixen altres ciències com: la física, química, astronomia, biologia molecular, biofísica, bioquímica, cosmologia, geologia, matemàtiques, informàtica, sociologia, antropologia, arqueologia, entre d'altres.

Figura 1. Interpretació artística de la connexió entre la vida i l'exploració espacial. Font: NASA / Cheryse Triano

La astrobiologia concep la vida com un fenomen que pogués ser "universal". S'ocupa dels seus contextos o escenaris possibles; seus requisits i les seves condicions mínimes; els processos implicats; seus processos expansius; entre d'altres tòpics. No es limita a la vida intel·ligent, sinó que explora qualsevol tipus possible de vida.

Història de l'astrobiologia

La història de l'astrobiologia potser es remunta als inicis de la humanitat com a espècie ia la seva capacitat de interrogar-se sobre el cosmos i la vida al nostre planeta. D'allí sorgeixen les primeres visions i explicacions que encara avui dia són presents en els mites de molts pobles.

La visió aristotèlica

La visió aristotèlica va considerar a el Sol, la Lluna, la resta de planetes i estrelles, com esferes perfectes que ens orbitaven, fent cercles concèntrics al nostre voltant.

Aquesta visió constituïa el model geocèntric de l'univers i va ser la concepció que va marcar a la humanitat durant l'Edat Mitjana. Probablement va poder no haver tingut sentit en aquell moment, la qüestió de l'existència de "habitants" fora del nostre planeta.

La visió copernicana

A l'edat mitjana, Nicolás Copèrnic va plantejar el seu model heliocèntric, el qual col·locava a la Terra com un planeta més, que girava al voltant de el sol.

Aquest plantejament va impactar profundament la manera de mirar a la resta de l'univers i fins i tot de mirar-nos a nosaltres mateixos, ja que ens posava en un lloc que potser no era tan "especial" com havíem pensat. S'obria llavors la possibilitat de l'existència d'altres planetes semblants a el nostre i, amb això, de vida diferent de la que coneixem.

Figura 2. El sistema heliocèntric de Copèrnic. Font: Public domain, via Wikimedia Commons

Primeres idees de vida extraterrestre

L'escriptor i filòsof francès, Bernard le Bovier de Fontenelle, a finals de segle XVII ja plantejava que podia existir vida en altres planetes.

A mitjan el segle XVIII, molts dels erudits relacionats amb la Il·luminació, escrivien sobre la vida extraterrestre. Fins i tot els principals astrònoms de l'època com Wright, Kant, Lambert i Herschel, van assumir que els planetes, les llunes i fins i tot els estels, podien estar habitats.

És així com el segle XIX es va iniciar amb una majoria de científics, filòsofs i teòlegs acadèmics, compartint la creença de l'existència de vida extraterrestre en gairebé tots els planetes. Això es considerava una suposició sòlida en aquell moment, basada en una creixent comprensió científica de l'cosmos.

Les aclaparadores diferències entre els cossos celestes de sistema solar (respecte a la seva composició química, atmosfera, gravetat, llum i calor), van ser ignorades.

No obstant això, a mesura que augmentava el poder dels telescopis i amb l'adveniment de l'espectroscòpia, els astrònoms van poder començar a conèixer la química de les atmosferes planetàries properes. Així, va poder descartar-se que els planetes propers estiguessin habitats per organismes similars als terrestres.

Objecte d'estudi de l'astrobiologia

L'astrobiologia se centra en l'estudi de les següents interrogants bàsiques:

• Què és la vida?
• Com va sorgir la vida a la Terra?
• Com evoluciona i es desenvolupa la vida?
• Hi ha vida en altres llocs de l'univers?
• Quin és el futur de la vida a la Terra i en altres llocs de l'univers, en cas d'existir?

D'aquestes interrogants sorgeixen moltes altres totes elles relacionades amb l'objecte d'estudi de l'astrobiologia.

Mart com a model d'estudi i l'exploració espacial

El planeta vermell, Mart, ha estat l'últim bastió de les hipòtesis de vida extraterrestre dins el sistema solar. La idea d'existència de vida en aquest planeta, inicialment provenia d'observacions fetes per astrònoms de finals de segle XIX i principis el XX.

Aquests argumentaven que les marques a la superfície marciana, eren en realitat canals construïts per una població d'organismes intel·ligents. En l'actualitat es considera que aquests patrons són producte de vent.

les missions

Les sondes espacials Mariner, exemplifiquen l'era espacial que va començar a finals de la dècada de 1950. Aquesta era va permetre visualitzar i examinar directament les superfícies planetàries i lunars, dins el sistema solar; descartant així les afirmacions de formes de vida extraterrestre multicel·lulars i fàcilment recognoscibles en el sistema solar.

El 1964 la missió de la NASA Mariner 4, va enviar les primeres fotografies properes de la superfície marciana, mostrant un planeta bàsicament desert.

No obstant això, les missions posteriors enviades a Mart i als planetes exteriors, van permetre una visió detallada d'aquests cossos i les seves llunes i, especialment en el cas de Mart, una comprensió parcial de la seva història primerenca.

En diversos escenaris extraterrestres, els científics van trobar ambients no molt diferents dels ambients habitats a la Terra.

La conclusió més important de les primeres missions espacials, va ser la substitució dels supòsits especulatius per evidència química i biològica, que permet ser estudiada i analitzada objectivament.

Hi ha vida a Mart? la missió

En primera instància, els resultats de les missions Mariner donen suport a la hipòtesi de la no existència de vida a Mart. No obstant això, hem de considerar que s'estava buscant vida macroscòpica. Missions posteriors han posat en dubte l'absència de vida microscòpica.

Figura 3. Sonda orbital i terrestre de la missió Viking. Font: Don Davis, via Wikimedia Commons

Per exemple, dels tres experiments dissenyats per detectar vida, realitzats per la sonda terrestre de la missió Viking, dos van llançar resultats positius i un de negatiu.

Malgrat això, la majoria dels científics implicats en els experiments de la sonda Viking estan d'acord que no hi ha evidència de vida bacteriana a Mart i els resultats són oficialment no concloents.

Figura 4. Sonda d'aterratge (Lander) de la missió Viking. Font: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, via Wikimedia Commons

missions

Després dels polèmics resultats llançats per les missions Viking, l'Agència Espacial Europea (ESA) va llançar el 2003 la missió Mars Express, específicament dissenyada per a estudis exobiológicos i geoquímics.

Aquesta missió incloïa una sonda anomenada Beagle 2 (homònim a el vaixell on va viatjar Charles Darwin), dissenyada per a la recerca de signes de vida a la superfície poc profunda de Mart.

Aquesta sonda lamentablement va perdre contacte amb la Terra i no va poder desenvolupar la seva missió de forma satisfactòria. Similar destí havia tingut la sonda de la NASA "Mars Polar Lander" el 1999.

missió

Després d'aquests intents fallits, al maig de 2008, la missió Phoenix de la NASA va arribar a Mart, obtenint resultats extraordinaris en tot just 5 mesos. Els seus principals objectius d'investigació eren exobiológicos, climàtics i geològics.

Aquesta sonda va poder demostrar l'existència de:

• Neu a l'atmosfera de Mart.
• Aigua en forma de gel sota de les capes superiors d'aquest planeta.
• Sòls bàsics de pH entre 8 i 9 (al menys a la zona propera a l'descens).
• Aigua líquida a la superfície de Mart en el passat

L'exploració de Mart continua

L'exploració de Mart continua en l'actualitat, amb instruments robòtics d'alta tecnologia. Les missions dels Rovers (MER-A i MER-B), han aportat evidències impressionants que hi va haver activitat d'aigua a Mart.

Per exemple, s'han trobat evidències d'existència d'aigua dolça, deus en ebullició, atmosfera densa i cicle actiu d'aigua.

Figura 5. Dibuix de l'Rover MER-B (Opportunity) sobre la superfície de Mart. Font: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, via Wikimedia Commons

En Mart s'ha aconseguit evidència que algunes roques han estat modelades en presència d'aigua líquida, com la jarosita, detectada pel Rover MER-B (Opportunity), que va estar actiu des de 2004 fins 2018.

El Rover MER-A (Curiosity), ha mesurat fluctuacions estacionals de metà, la qual cosa sempre s'ha relacionat amb activitat biològica (dades publicades el 2018 a la revista Science). També ha trobat molècules orgàniques com tiofè, benzè, toluè, propà i butà.

Figura 6. Fluctuació estacional dels nivells de metà a Mart, mesurats pel Rover MER-A (Curiosity). Font: NASA / JPL-Caltech

Va haver-hi aigua a Mart

Tot i que la superfície de Mart és inhòspita actualment, hi ha una clara evidència que en el passat distant, el clima marcià va permetre que l'aigua líquida, un ingredient essencial per a la vida tal com la coneixem, s'acumulés a la superfície.

Les dades de Rover MER-A (Curiosity), revelen que fa milers de milions d'anys, un llac dins el cràter Gale, contenia tots els ingredients necessaris per a la vida, inclosos els components químics i les fonts d'energia.

meteorits marcians

Alguns investigadors consideren als meteorits marcians com a bones fonts d'informació sobre el planeta, arribant a plantejar que en ells hi ha molècules orgàniques naturals i fins i tot microfòssils de bacteris. Aquests plantejaments són objecte de debat científic.

Figura 7. Vista microscòpica de l'estructura interna de l'meteorit ALH84001, presentant estructures similars a bacils. Font: NASA, via Wikimedia Commons

Aquests meteorits provinents de Mart són molt escassos i representen les úniques mostres analitzables de forma directa el planeta vermell.

La panspèrmia, meteorits i cometes

Una de les hipòtesis que afavoreix l'estudi dels meteorits (i també dels estels), s'ha denominat panspèrmia. Aquesta consisteix en la suposició que en el passat va tenir lloc la colonització de la Terra, per microorganismes que van venir a l'interior d'aquests meteorits.

Avui dia també hi ha hipòtesis que plantegen que l'aigua terrestre va provenir dels estels que en el passat van bombardejar el nostre planeta. A més, es creu que aquests estels van poder haver comportat molècules primigènies, que van permetre el desenvolupament de la vida o fins i tot vida ja desenvolupada allotjada en el seu interior.

Recentment, al setembre de 2017, l'Agència Espacial Europea (ESA) ha conclòs amb èxit la missió Rosseta, llançada en 2004. Aquesta missió va consistir en l'exploració de l'cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko amb la sonda Philae que li va aconseguir i va orbitar, per després baixar. Els resultats d'aquesta missió encara es troben en estudi.

Importància de l'astrobiologia

La paradoxa de Fermi

Es pot dir que la pregunta originària que motiva l'estudi de la Aastrobiología és: ¿Estem sols a l'univers?

Només a La Via Làctia hi ha centenars de milers de milions de sistemes estel·lars. Aquest fet, unit a l'edat de l'univers, indueix a pensar que la vida hauria de ser un fenomen comú en la nostra galàxia.

Al voltant d'aquest tema, és famosa la pregunta formulada pel físic guanyador de el Premi Nobel Enrico Fermi: «On són tots?», Que va formular en el context d'un esmorzar, on es discutia el fet que la galàxia hauria d'estar plena de vida.

La pregunta va acabar donant lloc a la Paradoxa que porta el seu nom i que s'enuncia de la següent manera:

El Programa SETI i la recerca d'intel·ligència extraterrestre

Una possible resposta a la paradoxa de Fermi, podria ser que les civilitzacions en què pensem, en realitat si hi són, però no les hem buscat.

El 1960, Frank Drake juntament amb altres astrònoms van iniciar un programa de recerca d'intel·ligència extraterrestre (SETI per les sigles en anglès).

Aquest programa ha realitzat esforços conjunts amb la NASA, en la recerca de senyals de vida extraterrestre, com senyals de ràdio i microones. Les interrogants de com i on buscar aquests senyals, han conduït grans avenços en moltes branques de la ciència.

Figura 8. Radiotelescopio usat per SETI a Arecibo, Puerto Rico. Font: JidoBG, from Wikimedia Commons

L'any 1993 el Congrés dels EUA va cancel·lar el finançament a la NASA per a aquest propòsit, com a resultat de concepcions errònies al voltant de l'significat del que la recerca implica. Avui dia el projecte SETI es finança amb fons privats.

El projecte SETI ha donat origen fins i tot a pel·lícules de Hollywood, com ara Contacte, protagonitzada per l'actriu Jodie Foster i inspirada en la novel·la homònima escrita pel mundialment famós astrònom Carl Sagan.

L'equació de Drake

Frank Drake ha estimat el nombre de civilitzacions amb capacitat comunicativa, mitjançant l'expressió que porta el seu nom:

N = R * xf _p xn _i xf _l xf _i xf _c x L

On N representa la quantitat de civilitzacions amb capacitat de comunicar-se amb la Terra i està expressada com una funció d'altres variables com:

• R *: la taxa de formació d'estrelles semblants al nostre sol
• f _p: la fracció d'aquests sistemes estel·lars amb planetes
• n _i: el nombre de planetes semblants a la Terra sistemàticament planetari
• f _l: la fracció d'aquests planetes on es desenvolupa vida
• f _i: la fracció en la qual sorgeix intel·ligència
• f _c: la fracció de planetes comunicacionalmente aptes
• L: l'expectativa de "vida" d'aquestes civilitzacions.

Drake va formular aquesta equació com una eina per "dimensionar" el problema, més que com un element per fer estimacions concretes, ja que molts dels seus termes són summament difícils d'estimar. No obstant això, hi ha consens en què el nombre que tendeix a llançar, és gran.

nous escenaris

Hem d'advertir que, quan es va formular l'equació de Drake, eren molt poques les evidències de planetes i llunes fora del nostre sistema solar (exoplanetes). Va ser en la dècada dels anys 1990, que van aparèixer les primeres evidències d'exoplanetes.

Figura 9. Telescopi Kepler. Font: NASA, via Wikimedia Commons

Per exemple, la missió Kepler de la NASA, va detectar 3538 candidats a exoplanetes, dels quals es considera que al menys 1000, es troben a la "zona habitable" del sistema considerat (distància que permet l'existència d'aigua líquida).

La astrobiologia i l'exploració dels confins de la Terra

Un dels mèrits de l'astrobiologia és que ha inspirat, en bona part, l'afany d'exploració del nostre propi planeta. Això amb l'esperança d'entendre per analogia el funcionament de la vida en altres escenaris.

Per exemple, l'estudi de fonts hidrotermals al llit oceànic, ens ha permès observar per primer cop, vida no associada a la fotosíntesi. És a dir, aquests estudis ens van mostrar que poden existir sistemes en què la vida no depengui de la llum solar, la qual cosa sempre havia estat considerat com un requisit indispensable.

Això permet suposar possibles escenaris per a la vida en planetes on es pot aconseguir aigua líquida, però sota capes gruixudes de gel, que impedirien l'arribada de llum als organismes.

Un altre exemple el comprèn l'estudi de les valls seques de l'Antàrtida. Allà s'han aconseguit bacteris fotosintètics que sobreviuen refugiades a l'interior de roques (bacteris endolíticas).

En aquest cas, la roca serveix tant de suport, com de protecció davant les condicions adverses de el lloc. Aquesta estratègia s'ha detectat també en salessis i fonts termals.

Figura 10. Valls seques de McMurdo a l'Antàrtida, un dels llocs a la Terra més semblants a Mart. Font: US Department of State from United States, via Wikimedia Commons

Perspectives de l'astrobiologia

Hi científica de vida extraterrestre no ha tingut èxit fins ara. Però cada vegada és més sofisticada, a mesura que la investigació astrobiològica produeix nous coneixements. La propera dècada d'exploració astrobiològica serà testimoni de:

• Majors esforços per explorar Mart i les llunes gelades de Júpiter i Saturn.
• Una capacitat sense precedents per observar i analitzar planetes extrasolars.
• Un major potencial per a dissenyar i estudiar formes de vida més simples en laboratori.

Tots aquests avenços indubtablement augmentaran la nostra probabilitat de trobar vida en planetes similars a la Terra. Però potser, la vida extraterrestre no existeix o està tan dispersa en tota la galàxia, que gairebé no tenim oportunitat de trobar-la.

Fins i tot si aquest últim escenari és cert, la investigació en astrobiologia amplia cada vegada més la nostra perspectiva de la vida a la Terra i el seu lloc en l'univers.

referències

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolution es a collective phenomenon. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80.166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organic matter Preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale cràter, Mars. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiology: An Overview. In: Kolb, Vera (eds). Astrobiology: An Evolutionary Approach CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Nearing the cold-arid limits of microbial life in permafrost of an upper dry valley, Antarctica. The ISME Journal, 10 (7), 1613-1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Some problems related to the origin of methane on Mars. Icarus, 180 (2), 359-367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & straat, PA (1976). Viking Labeled Release Biology Experiment: Interim Results. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Organic molecules on Mars. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, malespín, C.,… Vasavada, AR (2018). Background levels of methane in Mars 'atmosphere xou strong seasonal variations. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mars Water-Ice Clouds and Precipitation. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344