Capítulo 4: ¿Cómo de afortunados somos por vivir en la Tierra? ¿Qué nos espera ahí fuera?

Capítulo 4

¿Cómo de afortunados somos por vivir en la Tierra? ¿Qué nos espera ahí fuera?

 Hace unas semanas, se descubrió un sistema estelar con siete planetas rocosos del tamaño aproximado de la Tierra, cuatro de los cuales podrían tener características compatibles con la vida (siendo muy optimistas). El sistema, Trappist 1, dista 41 años luz de nosotros.

Sistema Trappist 1 comparado con el sistema solar interior. El anillo verde marca la zona de habitabilidad. Como se ve, Trappist 1 se halla más concentrado en torno a su estrella, mucho más pequeña y debil que el Sol. Fuente.

 Para definir si un planeta extrasolar es o no habitable, se toman en cuenta dos características, las únicas que podemos detectar desde la Tierra: Si es pequeño y rocoso, y si está en la llamada zona de habitabilidad alrededor de su estrella, también conocida como "Zona Ricitos de Oro".

 En primer lugar, si es pequeño y rocoso, se presupone que tendrá una estructura semejante a la Tierra, incluyendo la existencia de una superficie sólida con quizá agua.

 En segundo lugar, si no está demasiado cerca ni demasiado lejos de su estrella, es decir, ni muy caliente ni muy frío, como la sopa de Ricitos de Oro, de haber agua esta existirá en estado líquido, requisito imprescindible para la vida tal y como la conocemos (los buscadores de planetas habitables van a lo seguro, ya que desconocemos que otros tipos de vida puede haber por ahí fuera y en que entornos insólitos puede prosperar; por imaginar puede haber organismos capaces de vivir en amoniaco a muy bajas temperaturas, vaya usted a saber).

 Poco a poco se van acumulando los hallazgos de mundos aparentemente parecidos al nuestro. ¿Qué posibilidades hay de que estén habitados? ¿Podremos algún día colonizarlos? Este capítulo pretende responder desde un punto de vista científico a estas preguntas. Para aquellos lectores acostumbrados a leer ciencia ficción y que se recrean pensando en un futuro cercano de viajes interestelares y exóticas formas de vida alienígena, prepárense a recibir un buen jarro de agua fría, y es que el universo resulta ser un lugar más grande y hostil de lo que normalmente nos gusta admitir. Como humanos y terrícolas, tendemos a pensar desde un punto de vista bastante provinciano. No obstante, solo siendo conscientes de lo que nos espera ahí fuera en la oscuridad, podremos realmente valorar y cuidar el maravilloso milagro que supone este planeta, así como estar de verdad preparados para encontrar algún otro lugar parecido que podamos transformar en un segundo hogar.

 A fin de abordar con éxito estas peliagudas cuestiones, necesitamos primero tomar perspectiva. Miramos a nuestro alrededor y observamos un planeta repleto de vida, que en la mayoría de los casos nos muestra un acogedor cielo azul, un rango de presiones y temperaturas muy llevadero, con una atmósfera respirable (al menos para nosotros), agua líquida lloviendo y corriendo sobre su superficie, energía, alimento, etc. Como es lo que siempre hemos conocido, es más, lo único que hemos conocido, tendemos a darlo por supuesto. Y precisamente por ello estremece enfrentarse a la larga lista de acontecimientos, casualidades e incluso catástrofes que han conducido a la situación actual que tan indolentemente disfrutamos.

 El planeta Tierra se formó hace alrededor de 4.540 millones de años, año arriba año abajo, prácticamente ayer (por si les ha sabido a poco, la edad estimada del universo es de unos 13.500 millones de años). 

 Por aquel entonces su superficie consistía en un infernal mar de lava constantemente golpeado por meteoritos y sacudido por erupciones volcánicas. Un lugar no muy apto para vivir.

La Tierra no empezó siendo precisamente un paraiso. Fuente.

 Apenas 10 millones de años después la Tierra fue golpeada por otro cuerpo del tamaño de Marte. Nuestro mundo resistió el impacto casi al límite de la desintegración y los escombros resultantes orbitaron alrededor hasta agregarse por efecto de la gravedad y conformar la Luna.

Formación de la Luna tras los escombros del impacto de un cuerpo de tamaño similar a Marte. Fuente.

  

 Desde entonces, la extraña pareja de la Tierra y la Luna han estado danzando juntas alrededor del Sol. Puede parecer una anécdota, pero la presencia de la Luna ha servido durante todo este tiempo como un estabilizador del eje de la Tierra, sin ella nuestro mundo se bambolearía caóticamente en todas direcciones y tendríamos muy intensos inviernos o veranos que durarían años o incluso décadas, como en la saga literararia de Canción de Hielo y Fuego de George R. R. Martin (más conocida por la serie de televisión Juego de Tronos).

 Tras unos cuantos millones de años más, los materiales más pesados, hierro y níquel principalmente, se acumularon en el centro, donde adquirieron propiedades sólidas debido a la elevada presión, quedando rodeados de otra capa metálica líquida que fluía a su alrededor junto con la rotación de la Tierra. Gracias a ello, pudo generarse un campo magnético fruto del efecto dinamo desarrollado en el recién formado núcleo terrestre (funciona de hecho como un gigantesco generador eléctrico). 

El núcleo de la Tierra genera un enorme campo magnético que nos protege de gran parte de la radiación del espacio exterior. Fuente.

 Dicho campo magnético ha jugado un papel fundamental desde entonces, protegiendo a nuestra atmósfera y superficie de las terribles tormentas de radiación que emite el Sol, el llamado viento solar. Y no solo de eso, ciertos fenómenos muy violentos en el universo generan un tipo de radiación potencialmente letal conocida como "rayos cósmicos", de los cuales el campo magnético también nos protege. Sin tal escudo, ninguno de nosotros estaríamos aquí, y si algún día lo perdemos podemos darnos por muertos a menos que nos enterremos como los topos. Marte por ejemplo no cuenta actualmente con un escudo magnético (lo tuvo en el pasado pero lo perdió), con lo cual su atmósfera ha sido casi totalmente aniquilada y su superficie sufre un constante bombardeo de radiación. Si algún día viviéramos allí, deberíamos de hacerlo o bien bajo tierra o bien en pesados refugios con blindajes anti-radiación. 

Campo magnético terrestre protegiéndonos del azote del viento solar. Fuente.

  Más sigamos con la historia de nuestro planeta.

 Hará cosa así de 4.200 millones de años, la temperatura descendió lo suficiente cómo para permitir que el vapor de agua de la atmósfera se condensase en una torrencial lluvia que dió lugar a los primeros océanos. En ellos pudo haber surgido la vida, pero nunca lo sabremos, pues una inestabilidad orbital en el sistema solar lanzó una oleada de cometas y asteroides hacia el interior, algunos de los cuales golpearon la Tierra, licuando su superficie y exterminando cualquier forma de vida que pudiera haber existido por entonces. Este evento, conocido como Bombardeo Intenso Tardío, tuvo al menos un efecto positivo, ya que a bordo de los cometas y asteroides que vinieron desde el exterior del sistema nuestro mundo recibió un importante aporte extra de agua y materia orgánica.

 Recientemente se han encontrado en Canadá fósiles de primitivas formas de vida datados en 3.800 millones de años, siendo los más antiguos hallados hasta ahora. Al parecer se trataba de ancestrales bacterias que se alimentaban del hierro presente en fumarolas volcánicas submarinas y que horadaban la tierra creando unos característicos túneles que han servido a los científicos para deducir su existencia.

Túneles presuntamente hechos por las primeras bacterias en aparecer sobre la Tierra. Fuente.

 Claro que la propia vida tuvo que haber aparecido varios millones de años antes para que le hubiera dado tiempo a evolucionar hasta esas bacterias. En la época en la que se desarrollaban estos seres, las condiciones en tierra firme eran incompatibles con la vida al no haber capa de ozono que la protegiese de la radiación que logra rebasar el escudo del campo magnético. Además, los seres humanos no hubiéramos podido respirar aquella atmósfera, en la que abundaba el dióxido de carbono y que carecía de oxígeno libre. Durante mucho tiempo solo en mares y océanos, lejos de la radiación mortal, pudo la vida encontrar un lugar protegido y apto donde prosperar. Remontándonos al origen de todo, quizá 4.000 millones de años atrás, asistimos a la aparición de LUCA, el antecesor de toda la vida conocida en la Tierra (Last Unique Common Antecessor), del  cual evolucionaron dos grandes dominios: bacterias y arqueas, en cuya descripción me temo que no tenemos tiempo de entrar, al menos no en este capítulo.

 Como ya decíamos, al principio no había oxígeno libre sobre la superficie terrestre, con lo cual la respiración tal y como hoy la conocemos no era posible. Por ello, las primitivas arqueas y bacterias usaban diferentes elementos y compuestos químicos como sustitutos del óxigeno a fin de obtener energía gracias a las reacciones químicas generadas a raíz de los mismos. No quiero ponerme inecesariamente técnico, pero empleaban prácticamente cualquier cosa que tuvieran a mano para sacar energía de las reacciones químicas de oxidación-reducción de las que podían aprovecharse: dióxido de carbono, hierro, azufre, nitratos, sulfuros, arsénico, manganeso, etc... Para que se hagan una idea de las dificultades que tuvieron que afrontar las primeras bacterias y arqueas, desarrollaron más de veinte metabolismos distintos, adaptados a cada una de las situaciones a las que debieron de enfrentarse para sobrevivir. Nuestros antepasados eran versátiles desde luego, y muchos siguen siéndolo. 

 Llegamos aquí a un punto muy importante. En las épocas de las que estamos hablando el Sol calentaba la Tierra con un 20% menos de fuerza. Según los cálculos de los científicos, nuestro planeta debería de haberse congelado hasta llegar a un punto de no retorno tras el cual los hielos se habrían hecho perpetuos en toda su superficie. Sin embargo sabemos que no lo hizo porque estamos aquí vivitos y coleando. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero muy fuerte, que retiene una parte del calor del Sol e impide que escape de vuelta al espacio, no obstante ni la elevada concentración de este gas por entonces logra explicar la no congelación de la Tierra primitiva. En verdad hasta ahora solo se ha logrado dar con una solución: en aquellos tiempos prosperó un tipo de arqueas llamadas metanógenas que combinaban dióxido de carbono con hidrógeno (H₂) para aprovechar la energía resultante de la reacción química, generando metano (CH₄) y agua como productos de deshecho. 

 CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O + energía

 Da la casualidad de que el metano es un gas de efecto invernadero aún más poderoso que el dióxido de carbono. De este modo, las arqueas metanógenas pudieron haber contribuido de modo decisivo a que no se congelase el planeta. Involuntariamente la propia vida creó las condiciones necesarias para su supervivencia.

El efecto invernadero, aquí descrito, impide que el planeta se congele. El dióxido de carbono, el vapor de agua y el metano son algunos de los gases que a lo largo de la historia de la Tierra más han contribuido al mismo. Fuente.

 Metano a parte, el dióxido de carbono,  CO_2, siguió siendo un gas fundamental al funcionar como termostato de la Tierra gracias al efecto invernadero que sabemos que provoca. Aquí, debemos de tomar nota de otro hecho destacable. Toda la corteza terrestre está en constante renovación gracias al movimiento convectivo del magma que subyace debajo, en el manto. Pueden visualizarlo fácilmente en las siguientes imágenes.

La convección del manto mueve lentamente las placas en las cuales se divide la corteza terrestre. Funciona como una cinta transportadora. Fuente.

Límite convergente, una placa se entierra bajo la otra y se funde en el manto. Así se destruye corteza terrestre. Fuente.

Límite divergente, el manto aflora a la superficie y se solidifica, así se crea corteza terrestre. Fuente.

 Debido a ello, los continentes se separan, mueven, chocan y fusionan entre ellos, mientras que se levantan cadenas montañosas y furiosos volcanes vomitan parte del magma y de los gases acumulados en el manto. El hecho de que nuestro planeta cuente con una corteza tan dinámica permite que los elementos de su superficie se reciclen y renueven constantemente. Gracias a ellos disponemos siempre de un suministro constante de aquellos que necesitamos para mantenernos vivos. Podemos imaginar la superficie de la Tierra como una cinta transportadora que renueva constantemente nuestro stock. En lo que al carbono se refiere, mediante ciertas reacciones químicas que se producen en ríos, lagos, mares y océanos (deben de ocurrir forzosamente en un medio acuoso) pasa de estar en la atmósfera como CO₂ a formar rocas calizas en forma de carbonato cálcico (CaCO3). La reacción es esta:

  Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

 Cuando las rocas calizas se funden en el manto, el carbono se gasifica de nuevo como CO₂ para ser devuelto de regreso a la atmósfera a través de los volcanes, cerrando el ciclo. Una parte de la conversión de CO₂ en CaCO3 ocurre de modo natural en los océanos, aunque la vida colabora de modo significativo en ello, pues muchos organismos marinos fomentan activamente esta reacción para construir sus caparazones con el carbonato cálcico. Si ahora mismo se liberase a la atmósfera todo el  CO₂ contenido en las rocas calizas, nuestro mundo se transformaría en un infierno. En definitiva, el ciclo geológico del carbono es de una importancia crucial para que el clima de nuestro planeta se mantenga estable. 

 Si el carbono no se moviera, podrían ocurrir dos cosas:

 El primer escenario es una pesadilla como la que encontramos en el planeta Venus, donde el carbono en forma de dióxido de carbono se emitió masivamente a la atmósfera por cortesía de una serie de erupciones volcánicas espantosamente enormes, pero luego ningún mecanismo como el que tenemos nosotros pudo reciclarlo (el planeta perdió sus océanos en una fase temprana). Así las cosas, un efecto invernadero descontrolado ha convertido a Venus en la definición misma del infierno, con una temperatura media de unos 300º C y una presión atmosférica 92 veces superior a la terrestre (por si ello no fuera poco, además llueve ácido sulfúrico). 

Imágenes de Venus tomadas por la sonda soviética Venera 13, antes de quedar calcinada, aplastada y corroida. Fuente.

 El segundo escenario habría sido un secuestro total del dióxido de carbono atmosférico en forma de carbonato cálcico sin que hubiera podido ser repuesto de ninguna manera, lo cual habría disminuido el efecto invernadero hasta transformar a la Tierra en una pelota helada.

 Sin la actividad tectónica terrestre la vida no sería posible aquí. 

 Siguiendo con nuestra historia, fue más o menos hace 2.700 millones de años cuando evolucionó un nuevo linaje de bacterias, las cianobacterias, que tenían una capacidad sorprendente: podían transformar la luz del Sol en energía aprovechable, es decir, inventaron la fotosíntesis. En su versión más desarrollada (fotosíntesis oxigénica), funciona así:

 6CO₂   +  6H₂O → luz solar  → C₆H₂O₆ + O₂

 Traducido al cristiano, se emplea dióxido de carbono más agua y mediante una mágica carambola química en la que interviene la luz solar, se obtiene azúcar como fuente de energía y oxígeno como deshecho (como veremos más adelante, el azúcar se puede oxidar liberando una gran cantidad de energía). 

 Durante millones de años las cianobacterias prosperaron por doquier, llenando la atmósfera de oxígeno, el cual fue oxidando todo lo que encontró sobre la Tierra hasta empezar a acumularse (actualmente lo tenemos en una concentración de un 21 %, pero ha llegado a estar más alto en otras épocas). En la estratosfera, el oxígeno reaccionó con la radiación formando ozono (O₃), generando la capa que hoy nos protege de los perniciosos rayos ultravioleta del Sol.

 No obstante, en su día el oxígeno tuvo un lado muy siniestro. En primer lugar era un veneno letal para muchos de los organismos de la época, en especial para nuestras viejas amigas las arqueas metanógenas, quienes seguían dedicadas a excretar metano, alimentando el efecto invernadero y salvando al planeta de la congelación. En segundo lugar, la presencia de oxígeno elimina el metano atmosférico (mediante una serie de reacciones químicas demasiado complejas como para describirlas aquí, más información en este enlace). Debido a ello hoy en día una molécula de metano tiene un periodo de vida de unos 8 años y medio en nuestra atmósfera.

 Así las cosas, respirar o al menos tolerar el oxígeno se convirtió en una prioridad para la mayor parte de la vida en la Tierra. Las arqueas metanógenas fueron quitadas de escena y relegadas a ambientes sin oxígeno, como por ejemplo nuestros estómagos, mientras que la concentración atmosférica de metano cayó en picado junto con el efecto invernadero al que contribuía, provocando una glaciación tan terrible que casi llegó a congelar todo el planeta, en una serie de episodios geológicos conocidos en conjunto como Snowball Earth (Tierra Bola de Nieve). 

La leyenda dice: "así es como se veía la Tierra durante uno de sus periodos glaciales". Las cianobacterias desestabilizaron el clima hasta el punto de casi congelar todo el planeta. Fuente.

 Igual que el efecto invernadero retiene calor, hay otro fenómeno, conocido como albedo, que actúa del modo inverso, reflejando la luz recibida por la Tierra sin que esta llegue a calentarse. La nieve y el hielo tienen un albedo muy alto, con lo cual de este modo una glaciación puede retroalimentarse provocando por si misma aún más frío. Esto fue lo que desencadenaron las alocadas cianobacterias y que casi convierte a nuestro planeta en un congelador.

 Gracias a un oportuno fenómeno de vulcanismo masivo y a la aportación adicional de dióxido de carbono que causó, el clima pudo reequilibrarse y el planeta descongelarse, frenándose en el límite la glaciación antes de que fuese irreversible.

 Como ven, no es nada nuevo que la actividad de los seres vivos afecten dramáticamente al clima de la Tierra e incluso provoquen catástrofes. La única novedad que aportamos los seres humanos es que somos conscientes de lo que hacemos y podemos detenerlo, un recurso del cual las cianobacterias carecían. 

 El caso es que el apocalipsis glaciar pudo ser evitado por pura potra y la vida se centró en explotar las nuevas ventajas que proporcionaba el oxígeno. Respirar oxígeno, lo que se conoce como respiración aeróbica, es un mecanismo mucho más energético que el resto de respiraciones, lo cual permitió que un nuevo tipo de dominio de la vida, las células eucariotas (surgidas tras una extraña hibridación entre arqueas y bacterias), se asociasen unas con otras para evolucionar en vida pluricelular, que empezó hará unos 610 millones de años con seres similares a las medusas y dado un cierto tiempo ha llevado a nosotros los seres humanos. Por si tienen curiosidad, nuestra respiración aeróbica, la clave para nuestra eficiencia y complejidad, funciona así:

  C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energía (ATP)

 Recordemos que si las plantas no produjeran azucares (C₆H₁₂O₆) utilizando la luz solar mediante la fotosíntesis, ni nosotros ni ellas tendríamos nada que oxidar para obtener energía. En efecto, somos parásitos de las plantas, ellas podrían sobrevivir sin nosotros, pero no al contrario. 

  Recopilando, si queremos encontrar un planeta habitable, no basta con que tenga una órbita estable y esté a la distancia adecuada de su estrella, sino que además:

•  Debe de contar con la defensa de un campo magnético que lo proteja de la radiación estelar y los rayos cósmicos.

•   Debe de contar con la defensa de una atmósfera que lo proteja de la radiación estelar y los rayos cósmicos que logren superar el escudo del campo magnético.   

•  Debe de disponer de una superficie activa que renueve periódicamente sus distintos componentes.  

•  La composición de la atmósfera debe de mantenerse estable y en equilibrio, evitando un exceso o defecto de efecto invernadero entre otros fenómenos.

 Sería una auténtica carambola si los cuatro planetas potencialmente habitables del sistema Trappist 1 cumplieran con estas características, e incluso que solo uno lo hiciera ya sería bastante suerte.

 Como no conocemos los detalles del origen de la vida en la Tierra, no sabemos si se trata de un acontecimiento frecuente o no (esta pregunta mantiene dividida a la comunidad científica, aunque por el momento gana la idea de que la vida es algo común e incluso una consecuencia inevitable de las leyes de la física). 

 No obstante, la vida compleja es otro cantar. Recordemos que durante unos 1.800 millones de años, este planeta fue habitado exclusivamente por dos tipos de seres vivos unicelulares: arqueas y bacterias. Fueron adaptables y eficaces, desarrollando como veíamos más de veinte tipos de metabolismos distintos, pero nunca llegaron ni han llegado a integrarse en ningún tipo de organismo complejo. Hace unos 2.000 millones de años, en condiciones aún no aclaradas, apareció un tipo nuevo de ser vivo producto de un extraño mestizaje entre arqueas y bacterias, que llamamos eucariota, más conocido como las células modernas con núcleo. Nadie sabe la causa del mestizaje ni hasta que punto fue o no fortuito, pero unos 1.390 millones de años después, hace 610 millones de años para nosotros, algunos eucariotas empezaron a asociarse, lo cual podían hacer gracias a su eficacia respirando oxígeno y a la mayor complejidad que poseían fruto de aunar cualidades de arqueas y bacterias. Dichas asociaciones dieron lugar a lo que conocemos como vida pluricelular, más concretamente los reinos de los hongos, las plantas y los animales. Al margen de ello, muchos eucariotas siguieron y siguen siendo unicelulares, integrándose en el reino protista (una especie de cajón de sastre, a decir verdad). 

 Los tres dominios de la vida: Bacteria, Archaea (las arqueas) y Eukaryota (los eucariotas) como fusión de los dos primeros. Dentro de Eukaryota se integran los reinos Protista, Plantae, Fungi y Animalia. Las circuntancias de la la fusión de arqueas y bacterias dando pie a la aparición de los primeros eucariotas aún no están totalmentes aclaradas. Por el momento gana fuerza la teoría endosimbiótica, según la cual se produjeron varios episodios de simbiosis entre bacterias y arqueas que tuvieron un gran éxito. Explicado muy burdamente, cuando una se intentó comer a otra, descubrió que asociarse era mejor que devorarse. Ello ocurrió varias veces, sumandose características entre distintas bacterias y arqueas hasta crear la mezcla perfecta: los eucariotas. Y dentro de los ecucariotas, las plantas fueron el resultado más avanzado, pues tomaron prestado de las bacterias el secreto de la fotosíntesis. Fuente.

 La vida pluricelular, dada su complejidad, es muy delicada, así que desde su aparición hasta ahora ha estado a punto de desaparecer cinco veces, por culpa de las cinco extinciones masivas que el ecosistema terrestre ha sufrido a lo largo de estos últimos millones de años a consecuencia de supervolcanes, impactos de asteroides o cometas u otros desastres. 

 Pensando en todo ello, imaginar un planeta habitable nos resulta difícil, y que además este habitado por seres compuestos de más de una célula ya es muy difícil.

 No hay que perder la esperanza a pesar de ello, ya que el universo es muy grande. Aunque ello mismo nos supone otro problema... ¿cómo recorrer las bastas distancias que nos separan de otras estrellas si malamente nos planteamos llegar a Marte y lo tenemos al lado? Mejor dejar los proyectos de posibles viajes interestelares para el siguiente capítulo.

 Reciban un fuerte saludo los amables lectores. 



 Bibliografía:

"La vida en el universo", libro escrito por F. Javier Martín-Torres y Juan Francisco Buenestado, y editado por el CSIC & Catara.