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30.2: Astrobiología

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    Objetivos de aprendizaje

    Al final de esta sección, podrás:

    • Describir los bloques de construcción químicos requeridos de por vida
    • Describir los sistemas y procesos moleculares que impulsan el origen y la evolución de la vida
    • Describir las características de un ambiente habitable
    • Describir algunas de las condiciones extremas en la Tierra y explicar cómo ciertos organismos se han adaptado a estas condiciones

    Los científicos de hoy adoptan un enfoque multidisciplinario para estudiar el origen, la evolución, la distribución y el destino final de la vida en el universo; este campo de estudio se conoce como astrobiología. También es posible que en ocasiones se escuche este campo denominado exobiología o bioastronomía. La astrobiología reúne a astrónomos, científicos planetarios, químicos, geólogos y biólogos (entre otros) para trabajar en los mismos problemas desde sus diversas perspectivas.

    Entre los temas que exploran los astrobiólogos se encuentran las condiciones en las que surgió la vida en la Tierra y las razones de la extraordinaria adaptabilidad de la vida en nuestro planeta. También están involucrados en la identificación de mundos habitables más allá de la Tierra y en tratar de entender en términos prácticos cómo buscar la vida en esos mundos. Veamos algunos de estos temas con más detalle.

    Los bloques de construcción de la vida

    Si bien aún no se han encontrado pruebas inequívocas de vida en ningún lugar más allá de la Tierra, los bloques de construcción químicos de la vida se han detectado en una amplia gama de ambientes extraterrestres. Se ha encontrado que los meteoritos (de los que aprendiste en las Muestras Cósmicas y el Origen del Sistema Solar) contienen dos tipos de sustancias cuyas estructuras químicas los marcan como de origen extraterrestre: aminoácidos y azúcares. Los aminoácidos son compuestos orgánicos que son los bloques de construcción moleculares de las proteínas. Las proteínas son moléculas biológicas clave que proporcionan la estructura y función de los tejidos y órganos del cuerpo y esencialmente realizan el “trabajo” de la célula. Cuando examinamos el gas y el polvo alrededor de los cometas, también encontramos una serie de moléculas orgánicas, compuestos que en la Tierra están asociados con la química de la vida.

    Expandiéndose más allá de nuestro sistema solar, uno de los resultados más interesantes de la radioastronomía moderna ha sido el descubrimiento de moléculas orgánicas en nubes gigantes de gas y polvo entre estrellas. Se han identificado más de 100 moléculas diferentes en estos reservorios de materia prima cósmica, entre ellos formaldehído, alcohol, y otras que conocemos como importantes peldaños en el desarrollo de la vida en la Tierra. Mediante el uso de radiotelescopios y espectrómetros de radio, los astrónomos pueden medir la abundancia de diversos químicos en estas nubes. Encontramos moléculas orgánicas más fácilmente en regiones donde el polvo interestelar es más abundante, y resulta que estas son precisamente las regiones donde la formación estelar (y probablemente la formación de planetas) ocurre con mayor facilidad (Figura\(\PageIndex{1}\)).

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    Figura\(\PageIndex{1}\) Nube de Gas y Polvo. Esta nube de gas y polvo en la constelación de Escorpio es el tipo de región donde se encuentran moléculas complejas. También es el tipo de nube donde se forman nuevas estrellas a partir del depósito de gas y polvo en la nube. La radiación de un grupo de estrellas calientes (fuera de la imagen hacia abajo a la izquierda) llamada Asociación Scorpius OB está “comiendo” la nube, barriéndola en una forma alargada y provocando el resplandor rojizo que se ve en su punta.

    Claramente, la propia Tierra primitiva produjo algunos de los bloques de construcción moleculares de la vida. Desde principios de la década de 1950, los científicos han tratado de duplicar en sus laboratorios las vías químicas que llevaron a la vida en nuestro planeta. En una serie de experimentos conocidos como los experimentos Miller-Urey, pioneros por Stanley Miller y Harold Urey en la Universidad de Chicago, los bioquímicos han simulado condiciones en los primeros tiempos de la Tierra y han sido capaces de producir algunos de los bloques de construcción fundamentales de la vida, incluidos los que forman proteínas y otras grandes moléculas biológicas conocidas como ácidos nucleicos (que discutiremos en breve).

    Aunque estos experimentos produjeron resultados alentadores, existen algunos problemas con ellos. La química más interesante desde una perspectiva biológica tiene lugar con gases ricos en hidrógeno o reductores, como el amoníaco y el metano. Sin embargo, la atmósfera temprana de la Tierra probablemente estuvo dominada por el dióxido de carbono (como las atmósferas de Venus y Marte todavía están hoy en día) y puede que no haya contenido una abundancia de gases reductores comparable a la utilizada en los experimentos tipo Miller-Urey. Los respiraderos hidrotermales, sistemas de fondo marino en los que el agua del océano se sobrecalienta y circula a través de rocas de la corteza o del manto antes de reemerger en el océano, también se han sugerido como contribuyentes potenciales de compuestos orgánicos en la Tierra temprana, y tales fuentes no requerirían que la Tierra tenga una reducción temprana ambiente.

    Tanto las fuentes terrestres como las extraterrestres pueden haber contribuido al suministro temprano de moléculas orgánicas de la Tierra, aunque tenemos evidencia más directa de estas últimas. Incluso es concebible que la vida misma se originó en otro lugar y se sembró en nuestro planeta, aunque esto, por supuesto, no resuelve el problema de cómo se originó esa vida para empezar.

    Los respiraderos hidrotermales comienzan a parecer más probables como primeros contribuyentes a los compuestos orgánicos que se encuentran en la Tierra. Lea sobre respiraderos hidrotermales, vea videos y diapositivas sobre estas y otras maravillas de aguas profundas, y pruebe una simulación interactiva de circulación hidrotermal en el sitio web de Woods Hole Oceanographic Institution.

    El origen y evolución temprana de la vida

    Los compuestos de carbono que forman la base química de la vida pueden ser comunes en el universo, pero sigue siendo un paso gigante de estos bloques de construcción a una célula viva. Incluso las moléculas más simples de los genes (las unidades funcionales básicas que portan el material genético, o hereditario, en una célula) contienen millones de unidades moleculares, cada una dispuesta en una secuencia precisa. Además, incluso la vida más primitiva requería de dos capacidades especiales: un medio para extraer energía de su entorno, y un medio de codificación y replicación de información para hacer copias fieles de sí misma. Los biólogos hoy en día pueden ver formas en que cualquiera de estas capacidades podría haberse formado en un entorno natural, pero aún estamos muy lejos de saber cómo se unieron las dos en las primeras formas de vida.

    No tenemos evidencia sólida del camino que condujo al origen de la vida en nuestro planeta, excepto lo que sea que la historia temprana pueda ser retenida en la bioquímica de la vida moderna. De hecho, tenemos muy poca evidencia directa de cómo era la Tierra misma durante su historia más temprana; nuestro planeta es tan efectivo para resurgir a sí mismo a través de la tectónica de placas (ver el capítulo sobre la Tierra como planeta) que quedan muy pocas rocas de este período temprano. En el capítulo anterior sobre Mundos Cráteres, aprendiste que la Tierra fue sometida a un intenso bombardeo —un período de grandes eventos de impacto— hace unos 3.8 a 4.1 mil millones de años. Los impactos grandes habrían sido lo suficientemente energéticos como para esterilizar con calor las capas superficiales de la Tierra, de modo que aunque la vida hubiera comenzado para esta época, bien podría haber sido aniquilada.

    Cuando cesaron los grandes impactos, se fijó el escenario para un ambiente más pacífico en nuestro planeta. Si los océanos de la Tierra contenían material orgánico acumulado de alguna de las fuentes ya mencionadas, los ingredientes estaban disponibles para hacer organismos vivos. No entendemos con ningún detalle la secuencia de eventos que llevaron de las moléculas a la biología, pero hay evidencia fósil de vida microbiana en rocas de 3.5 mil millones de años, y posibles (debatidas) evidencias de vida desde hace 3.8 mil millones de años.

    La vida tal como la conocemos emplea dos sistemas moleculares principales: las moléculas funcionales conocidas como proteínas, que llevan a cabo el trabajo químico de la célula, y las moléculas de ADN que contienen información (ácido desoxirribonucleico) que almacenan información sobre cómo crear la célula y su química y componentes estructurales. El origen de la vida a veces se considera un “problema de gallina y huevo” porque, en la biología moderna, ninguno de estos sistemas funciona sin el otro. Son nuestras proteínas las que ensamblan las cadenas de ADN en el orden preciso requerido para almacenar información, pero las proteínas se crean a partir de información almacenada en el ADN. ¿Cuál fue primero? Algunos investigadores de origen de la vida creen que la química prebiótica se basó en moléculas que podían almacenar información y hacer el trabajo químico de la célula. Se ha sugerido que el ARN (ácido ribonucleico), una molécula que ayuda en el flujo de información genética del ADN a las proteínas, podría haber servido a tal propósito. La idea de un “mundo del ARN” temprano se ha vuelto cada vez más aceptada, pero queda mucho por entender sobre el origen de la vida.

    Quizás la innovación más importante en la historia de la biología, aparte del origen de la vida misma, fue el descubrimiento del proceso de fotosíntesis, la compleja secuencia de reacciones químicas a través de las cuales algunos seres vivos pueden utilizar la luz solar para fabricar productos que almacenan energía (como carbohidratos), liberando oxígeno como un subproducto. Anteriormente, la vida tenía que conformarse con fuentes de energía química disponibles en la Tierra o entregadas desde el espacio. Pero la abundante energía disponible en la luz solar podría soportar una biosfera más grande y productiva, así como algunas reacciones bioquímicas que antes no eran posibles de por vida. Uno de ellos fue la producción de oxígeno (como producto de desecho) a partir del dióxido de carbono, y el aumento en los niveles atmosféricos de oxígeno hace unos 2.4 mil millones de años significa que la fotosíntesis productora de oxígeno debe haber surgido y llegar a ser globalmente importante en este momento. De hecho, es probable que la fotosíntesis productora de oxígeno surja considerablemente antes.

    Se cree que algunas formas de evidencia química contenidas en rocas antiguas, como las formaciones rocosas sólidas en capas conocidas como estromatolitos, son los fósiles de bacterias fotosintéticas productoras de oxígeno en rocas que tienen casi 3.5 mil millones de años (Figura\(\PageIndex{2}\)). Generalmente se piensa que una forma más simple de fotosíntesis que no produce oxígeno (y que todavía es utilizada por algunas bacterias hoy en día) probablemente precedió a la fotosíntesis productora de oxígeno, y hay fuertes evidencias fósiles de que uno u otro tipo de fotosíntesis funcionaba en la Tierra al menos desde Hace 3.4 mil millones de años.

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    Figura Los\(\PageIndex{2}\) estromatolitos preservan la representación física más temprana de la vida en la Tierra. En su alcance para la luz solar, los microbios unicelulares formaron esteras que atrapaban sedimentos en el agua sobre ellos. Tales sedimentos atrapados cayeron y formaron capas en la parte superior de las colchonetas. Luego, los microbios subieron sobre las capas de sedimento y atraparon más sedimentos. Lo que se encuentra en el registro rocoso son (a) las capas sedimentarias curvadas y solidificadas que son firmas de actividad biológica. El estromatolito más antiguo conocido tiene 3.47 mil millones de años y se encuentra en Australia Occidental. (b) Este ejemplo más reciente se encuentra en el lago Thetis, también en Australia Occidental.

    El oxígeno libre producido por la fotosíntesis comenzó a acumularse en nuestra atmósfera hace unos 2.4 mil millones de años. La interacción de la luz solar con el oxígeno puede producir ozono (que tiene tres átomos de oxígeno por molécula, en comparación con los dos átomos por molécula en el oxígeno que respiramos), que se acumuló en una capa alta en la atmósfera terrestre. Como lo hace hoy en la Tierra, este ozono brindó protección contra la dañina radiación ultravioleta del Sol. Esto permitió que la vida colonizara las masas de tierra de nuestro planeta en lugar de quedarse solo en el océano.

    El aumento en los niveles de oxígeno fue mortal para algunos microbios porque, como un químico altamente reactivo, puede dañar irreversiblemente algunas de las biomoléculas que la vida temprana había desarrollado en ausencia de oxígeno. Para otros microbios, fue una gran ayuda: combinar oxígeno con materia orgánica u otros productos químicos reducidos genera mucha energía —se puede ver esto cuando se quema un tronco, por ejemplo— y muchas formas de vida adoptaron esta forma de vida. Esta nueva fuente de energía hizo posible una gran proliferación de organismos, que continuaron evolucionando en un ambiente rico en oxígeno.

    Los detalles de esa evolución son propiamente objeto de cursos de biología, pero el proceso de evolución por selección natural (supervivencia del más apto) proporciona una explicación clara para el desarrollo de la notable variedad de formas de vida de la Tierra. Sin embargo, no resuelve directamente el misterio de los primeros comienzos de la vida. Nosotros planteamos la hipótesis de que la vida surgirá siempre que las condiciones sean apropiadas, pero esta hipótesis no es más que otra forma del principio copernicano. Ahora tenemos el potencial de abordar esta hipótesis con observaciones. Si se encuentra un segundo ejemplo de vida en nuestro sistema solar o en una estrella cercana, implicaría que la vida emerge con la suficiente frecuencia como para que el universo probablemente esté lleno de biología. Para hacer tales observaciones, sin embargo, primero debemos decidir dónde enfocar nuestra búsqueda.

    ¿Cómo surgió la vida en primer lugar? ¿Y podría haber pasado con un tipo diferente de química? Mira el video de 15 minutos Making Matter Come Alive en el que un experto en química explora algunas respuestas a estas preguntas, de una Charla TED de 2011.

    Ambientes Habitables

    Entre el asombroso número de objetos en nuestro sistema solar, Galaxia y Universo, algunos pueden tener condiciones adecuadas para la vida, mientras que otros no. Entender qué condiciones y características hacen que un ambiente habitable —un entorno capaz de albergar vida— es importante tanto para entender cuán extendidos pueden estar los entornos habitables en el universo como para enfocar la búsqueda de vida más allá de la Tierra. Aquí, discutimos la habitabilidad desde la perspectiva de la vida que conocemos. Exploraremos los requisitos básicos de la vida y, en la siguiente sección, consideraremos la gama completa de condiciones ambientales en la Tierra donde se encuentra la vida. Si bien no podemos descartar del todo la posibilidad de que otras formas de vida puedan tener bioquímica basada en alternativas al carbono y al agua líquida, tal vida “como no la conocemos” sigue siendo completamente especulativa. En nuestra discusión aquí, nos estamos enfocando en la habitabilidad para la vida que es químicamente similar a la de la Tierra.

    La vida requiere un solvente (un líquido en el que los químicos pueden disolverse) que permita la construcción de biomoléculas y las interacciones entre ellas. Para la vida tal como la conocemos, ese solvente es el agua, que tiene una variedad de propiedades que son críticas para cómo funciona nuestra bioquímica. El agua es abundante en el universo, pero la vida requiere que el agua esté en forma líquida (en lugar de hielo o gas) para poder desempeñar adecuadamente su papel en la bioquímica. Ese es el caso solo dentro de un cierto rango de temperaturas y presiones, demasiado altas o demasiado bajas en cualquiera de las variables, y el agua toma la forma de un sólido o un gas. Identificar ambientes donde el agua está presente dentro del rango apropiado de temperatura y presión es, por lo tanto, un primer paso importante en la identificación de ambientes habitables. En efecto, una estrategia de “seguir el agua” ha sido, y sigue siendo, un motor clave en la exploración de planetas tanto dentro como fuera de nuestro sistema solar.

    Nuestra bioquímica se basa en moléculas hechas de carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. El carbono es el núcleo de la química orgánica. Su capacidad para formar cuatro enlaces, tanto consigo mismo como con los demás elementos de la vida, permite la formación de un vasto número de moléculas potenciales sobre las que basar la bioquímica. Los elementos restantes aportan estructura y reactividad química a nuestras biomoléculas, y forman la base de muchas de las interacciones entre ellas. Estos “elementos biogénicos”, a veces referidos con las siglas CHNOPS (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre), son las materias primas a partir de las cuales se ensambla la vida, y un suministro accesible de ellos es un segundo requisito de habitabilidad.

    Como aprendimos en capítulos anteriores sobre la fusión nuclear y la historia de vida de las estrellas, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre se forman por fusión dentro de las estrellas y luego se distribuyen en su galaxia a medida que esas estrellas mueren. Pero cómo se distribuyen entre los planetas que se forman dentro de un nuevo sistema estelar, en qué forma, y cómo los procesos químicos, físicos y geológicos en esos planetas ciclan los elementos en estructuras que son accesibles a la biología, pueden tener impactos significativos en la distribución de la vida. En los océanos de la Tierra, por ejemplo, la abundancia de fitoplancton (organismos simples que son la base de la cadena alimentaria oceánica) en las aguas superficiales puede variar mil veces debido a que el suministro de nitrógeno difiere de un lugar a otro (Figura\(\PageIndex{3}\)). Entender qué procesos controlan la accesibilidad de los elementos a todas las escalas es, por lo tanto, una parte crítica para identificar ambientes habitables.

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    Figura Abundancia de\(\PageIndex{3}\) Clorofila. La abundancia de clorofila (un indicador de bacterias fotosintéticas y algas) varía casi mil veces a través de las cuencas oceánicas. Esa variación se debe casi en su totalidad a la disponibilidad de nitrógeno, uno de los principales “elementos biogénicos” en formas que pueden ser utilizadas por la vida.

    Con estos dos primeros requisitos, contamos con las materias primas elementales de la vida y un solvente en el que ensamblarlas en las complicadas moléculas que impulsan nuestra bioquímica. Pero llevar a cabo ese montaje y mantener la complicada maquinaria bioquímica de la vida requiere energía. Cumples con tu propio requerimiento de energía cada vez que comes alimentos o tomas un respiro, y no vivirías mucho tiempo si no logras hacer cualquiera de ellas de forma regular. La vida en la Tierra hace uso de dos tipos principales de energía: para ti, estos son el oxígeno en el aire que respiras y las moléculas orgánicas en tu comida. Pero la vida en general puede usar una gama mucho más amplia de químicos y, si bien todos los animales requieren oxígeno, muchas bacterias no lo hacen. Uno de los primeros procesos de vida conocidos, que aún opera en algunos microorganismos modernos, combina hidrógeno y dióxido de carbono para producir metano, liberando energía en el proceso. Hay microorganismos que “respiran” metales que serían tóxicos para nosotros, e incluso algunos que respiran azufre y exhalan ácido sulfúrico. Las plantas y los microorganismos fotosintéticos también han desarrollado mecanismos para utilizar la energía en la luz directamente.

    El agua en fase líquida, los elementos biogénicos y la energía son los requisitos fundamentales para la habitabilidad. Pero, ¿existen restricciones ambientales adicionales? Esto lo consideramos en la siguiente sección.

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    Figura\(\PageIndex{4}\) Gran Primavera Prismática en el Parque Nacional Yellowstone. Esta fuente termal, donde el agua emerge del centro azulado a temperaturas cercanas al punto de ebullición local (alrededor de 92 ºC), soporta una próspera variedad de vida microbiana. Los colores verde, amarillo y naranja alrededor de los bordes provienen de gruesas “esteras” de bacterias fotosintéticas. De hecho, su coloración demuestra en parte su uso de la energía lumínica: algunas longitudes de onda de la luz solar entrante son capturadas selectivamente para obtener energía; el resto se refleja hacia atrás. Al carecer de las longitudes de onda capturadas, esta luz es ahora diferente en color que la luz solar que la ilumina. La parte azul del manantial tiene temperaturas demasiado altas para permitir la vida fotosintética (de ahí la falta de color excepto la suministrada por el agua misma), pero la vida sigue presente. Aquí, a temperaturas casi de ebullición, las bacterias utilizan la energía química suministrada por la combinación de hidrógeno y otros químicos con oxígeno.

    Vida en condiciones extremas

    A nivel químico, la vida consiste en muchos tipos de moléculas que interactúan entre sí para llevar a cabo los procesos de la vida. Además del agua, las materias primas elementales y la energía, la vida también necesita un ambiente en el que esas moléculas complicadas sean estables (no se descompongan antes de que puedan hacer su trabajo) y sus interacciones sean posibles. Su propia bioquímica funciona correctamente solo dentro de un rango muy estrecho de aproximadamente 10 °C en la temperatura corporal y dos décimas de unidad en el pH de la sangre (el pH es una medida numérica de la acidez, o la cantidad de iones de hidrógeno libres). Más allá de esos límites, estás en grave peligro.

    La vida en general también debe tener límites a las condiciones en las que pueda funcionar adecuadamente pero, como veremos, son mucho más amplias que los límites humanos. Los recursos que la vida útil del combustible se distribuyen en una muy amplia gama de condiciones. Por ejemplo, hay abundante energía química que se tiene en las aguas termales que son esencialmente ácidas en ebullición (Figura\(\PageIndex{4}\)). Esto proporciona un amplio incentivo para que la evolución llene la mayor parte de ese rango de vida como sea bioquímicamente posible. Un organismo (generalmente un microbio) que tolera o incluso prospera en condiciones que la mayor parte de la vida que nos rodea consideraría hostiles, como temperaturas o acidez muy altas o bajas, es conocido como extremófilo (donde el sufijo -phile significa “amante de”). Echemos un vistazo a algunas de las condiciones que pueden desafiar a la vida y a los organismos que han logrado hacerse un hueco en los confines de las posibilidades.

    Tanto las altas como las bajas temperaturas pueden causar un problema de por vida. Como organismo grande, eres capaz de mantener una temperatura corporal casi constante ya sea más fría o más cálida en el ambiente que te rodea. Pero esto no es posible por el pequeño tamaño de los microorganismos; cualquiera que sea la temperatura en el mundo exterior es también la temperatura del microbio, y su bioquímica debe ser capaz de funcionar a esa temperatura. Las altas temperaturas son el enemigo de la complejidad: el aumento de la energía térmica tiende a romper las moléculas grandes en pedazos cada vez más pequeños, y la vida necesita estabilizar las moléculas con enlaces más fuertes y proteínas especiales. Pero este enfoque tiene sus límites.

    Sin embargo, como se señaló anteriormente, los ambientes de alta temperatura como las aguas termales y los respiraderos hidrotermales a menudo ofrecen abundantes fuentes de energía química y por lo tanto impulsan la evolución de organismos que pueden tolerar altas temperaturas (Figura\(\PageIndex{5}\)); tal organismo se llama termófilo. Actualmente, el poseedor del registro de alta temperatura es un microorganismo productor de metano que puede crecer a 122 °C, donde la presión también es tan alta que el agua aún no hierve. Eso es increíble cuando lo piensas. Cocinamos nuestros alimentos, es decir, alteramos la química y la estructura de sus biomoléculas, al hervirla a una temperatura de 100 °C, de hecho, los alimentos comienzan a cocinarse a temperaturas mucho más bajas que esta. Y sin embargo, hay organismos cuya bioquímica permanece intacta y opera muy bien a temperaturas 20 grados superiores.

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    Figura Ventilación\(\PageIndex{5}\) Hidrotermal en el Fondo del Mar. Lo que parece ser humo negro es en realidad agua sobrecalentada llena de minerales de sulfuro metálico. El fluido de ventilación hidrotermal puede representar una rica fuente de energía química y, por lo tanto, un impulsor para la evolución de microorganismos que pueden tolerar altas temperaturas. Las bacterias que se alimentan de esta energía química forman la base de una cadena alimentaria que puede apoyar a comunidades prósperas de animales, en este caso, un denso parche de gusanos tubo rojos y blancos que crecen alrededor de la base del respiradero.

    El frío también puede ser un problema, en parte porque ralentiza el metabolismo a niveles muy bajos, pero también porque puede provocar cambios físicos en las biomoléculas. Las membranas celulares, las envolturas moleculares que rodean a las células y permiten su intercambio de sustancias químicas con el mundo exterior, están hechas básicamente de moléculas grasas. Y así como la grasa se congela cuando se enfría, las membranas cristalizan, cambiando su funcionamiento en el intercambio de materiales dentro y fuera de la célula. Algunas células adaptadas al frío (llamadas psicrófilas) han cambiado la composición química de sus membranas para hacer frente a este problema; pero nuevamente, hay límites. Hasta el momento, la temperatura más fría a la que se ha demostrado que cualquier microbio se reproduce es de unos —25 ºC.

    Las condiciones que son muy ácidas o alcalinas también pueden ser problemáticas de por vida porque muchas de nuestras moléculas importantes, como las proteínas y el ADN, se descomponen bajo tales condiciones. Por ejemplo, el limpiador de desagües domésticos, que hace su trabajo al descomponer la estructura química de cosas como zuecos para el cabello, es una solución muy alcalina. Los organismos más tolerantes a los ácidos (acidófilos) son capaces de vivir a valores de pH cercanos a cero, aproximadamente diez millones de veces más ácidos que la sangre (Figura\(\PageIndex{6}\)). En el otro extremo, algunos alcalófilos pueden crecer a niveles de pH de aproximadamente 13, lo que es comparable al pH del blanqueador doméstico y casi un millón de veces más alcalino que su sangre.

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    Figura El Rio Tinto de\(\PageIndex{6}\) España. Con un pH cercano a 2, Rio Tinto es literalmente un río de ácido. Los microorganismos amantes de los ácidos (acidófilos) no solo prosperan en estas aguas, sus actividades metabólicas ayudan a generar el ácido en primer lugar. El color rojo oxidado que le da nombre al río proviene de altos niveles de hierro disuelto en las aguas.

    Los altos niveles de sales en el ambiente también pueden causar un problema de por vida porque la sal bloquea algunas funciones celulares. Los humanos lo reconocieron hace siglos y comenzaron a curar con sal los alimentos para evitar que se estropearan, es decir, para evitar que fueran colonizados por microorganismos. Sin embargo, algunos microbios han evolucionado para crecer en agua saturada en cloruro de sodio (sal de mesa) —aproximadamente diez veces más salada que el agua de mar (Figura\(\PageIndex{7}\)).

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    Figura\(\PageIndex{7}\) Salar Estanques. Las aguas de una fábrica de sal evaporativa cerca de San Francisco son de color rosa por comunidades prósperas de organismos fotosintéticos. Estas aguas son aproximadamente diez veces más saladas que el agua de mar, lo suficiente para que el cloruro de sodio comience a cristalizarse, pero algunos organismos pueden sobrevivir y prosperar en estas condiciones.

    Las presiones muy altas pueden exprimir literalmente las biomoléculas de la vida, haciendo que adopten formas más compactas que no funcionan muy bien. Pero todavía encontramos vida, no solo microbiana, sino incluso animal, en los fondos de nuestras trincheras oceánicas, donde las presiones son más de 1000 veces la presión atmosférica. También se conocen muchas otras adaptaciones a los “extremos” ambientales. Incluso hay un organismo, Deinococcus radiodurans, que puede tolerar la radiación ionizante (como la liberada por elementos radiactivos) mil veces más intensa de lo que podrías soportar. También es muy bueno para sobrevivir a la desecación extrema (secado) y a una variedad de metales que serían tóxicos para los humanos.

    De muchos de esos ejemplos, podemos concluir que la vida es capaz de tolerar una amplia gama de extremos ambientales, tanto es así que tenemos que trabajar duro para identificar lugares donde la vida no puede existir. Se conocen algunos de esos lugares, por ejemplo, las aguas de los respiraderos hidrotermales a más de 300 °C parecen demasiado calientes para soportar cualquier vida, y encontrar estos lugares ayuda a definir la posibilidad de vivir en otros lugares. El estudio de los extremófilos en las últimas décadas ha ampliado nuestro sentido de la gama de condiciones que la vida puede sobrevivir y, al hacerlo, ha hecho que muchos científicos sean más optimistas sobre la posibilidad de que la vida pueda existir más allá de la Tierra.

    Conceptos clave y resumen

    El estudio de la vida en el universo, incluyendo su origen en la Tierra, se llama astrobiología. La vida tal como la conocemos requiere agua, ciertas materias primas elementales (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre), energía y un ambiente en el que la química compleja de la vida sea estable. Las moléculas basadas en carbono (u orgánicas) son abundantes en el espacio y también pueden haber sido producidas por procesos en la Tierra. La vida parece haberse extendido por nuestro planeta dentro de los 400 millones de años posteriores al fin de los intensos bombardeos, si no antes. El origen real de la vida —los procesos que van de la química a la biología— no se entiende completamente. Una vez que la vida se afianzó, evolucionó para usar muchas fuentes de energía, incluyendo primero una gama de diferentes químicas y luego luz, y se diversificó a través de una gama de condiciones ambientales que los humanos consideran “extremas”. Esta proliferación de la vida en tantos nichos ambientales, por lo que relativamente poco después de que nuestro planeta se volviera habitable, ha servido para hacer que muchos científicos sean optimistas sobre las posibilidades de que la vida pueda existir en otro lugar.

    Glosario

    aminoácidos
    compuestos orgánicos que son los bloques de construcción moleculares de las proteínas
    astrobiología
    el estudio multidisciplinario de la vida en el universo: su origen, evolución, distribución y destino; términos similares son exobiología y bioastronomía
    ADN (ácido desoxirribonucleico)
    una molécula que almacena información sobre cómo replicar una célula y sus componentes químicos y estructurales
    extremófilo
    un organismo (generalmente un microbio) que tolera o incluso prospera en condiciones que la mayor parte de la vida que nos rodea consideraría hostiles, como temperaturas o acidez muy altas o bajas
    gen
    la unidad funcional básica que transporta el material genético (hereditario) contenido en una célula
    ambiente habitable
    un entorno capaz de albergar vida
    compuesto orgánico
    un compuesto que contiene carbono, especialmente un compuesto de carbono complejo; no necesariamente producido por vida
    fotosíntesis
    una secuencia compleja de reacciones químicas a través de las cuales algunos seres vivos pueden usar la luz solar para fabricar productos que almacenan energía (como carbohidratos), liberando oxígeno como un subproducto
    proteína
    una molécula biológica clave que proporciona la estructura y función de los tejidos y órganos del cuerpo, y esencialmente realiza el trabajo químico de la célula
    ARN (ácido ribonucleico)
    una molécula que ayuda en el flujo de información genética del ADN a las proteínas
    estromatolitos
    formaciones rocosas sólidas en capas que se cree que son los fósiles de bacterias fotosintéticas productoras de oxígeno en rocas que tienen 3.5 mil millones de años
    termófilo
    un organismo que puede tolerar altas temperaturas

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