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La vida fuera de nuestro planeta no es probable

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La vida fuera de nuestro planeta no es probable
28 julio
08:51 2020

Emergencia de vida en un universo inflacionario[1] es el título de un artículo publicado en la revista Nature Scientific Reports el pasado mes de febrero; está firmado por el profesor de Astronomía de la Universidad de Tokio Tonomori Totani. En él enlaza los últimos conocimientos biológicos de la emergencia de vida con las teorías astrofísicas sobre la evolución del Universo, para proponer un nuevo enfoque sobre la existencia de la vida.

Quizá la pregunta más excitante a la que siempre se ha enfrentado la Humanidad es si estamos solos en el Universo. Y por ello la mera cuestión sobre la existencia de vida elemental fuera de nuestro planeta despierta nuestro máximo interés.

Sabemos que la vida en nuestro planeta solo se ha producido una vez, hace alrededor de unos 3.500 o 4.000 millones de años, sin que exista ningún indicio de una posterior aparición. La transición de la materia inorgánica a la orgánica y a la vida más elemental mediante procesos evolutivos aleatorios se nos presenta como extraordinariamente difícil y rara. Una característica esencial de la vida es la información ordenada en el ADN y el ARN y su replicación. Cómo surgió esta información es la incógnita más compleja del proceso de aparición de la vida.

La teoría que prevalece para explicar la evolución hacia la vida nos dice que, aunque el ADN lleva las instrucciones para construir un organismo, es el ARN el que regula la transcripción de las secuencias de ADN. Es además mucho más simple que el ADN y se considera que está sujeto a la selección natural darwiniana y también es heredable. Estas son algunas de las razones por lo que se estima que el origen de la vida partió de la formación de ARN.

El ARN está formado por una cadena de ribonucleótidos. Recientemente se ha demostrado que es posible formar ARN a partir de monómeros en superficies de arcilla, que pueden catalizar la reacción de polimerización. Los experimentos realizados en tubos de ensayo (in vitro) han demostrado que el ARN con un tipo de actividad catalítica puede evolucionar a un ARN con diferentes propiedades catalíticas. Una suposición fundamental es que un polímero de ARN ensamblado abióticamente (sin vida) adquiere una capacidad de autorreplicación si es suficientemente largo y tiene una secuencia de nucleótidos correcta. De acuerdo con experimentos de laboratorio se estima esta longitud mínima entre 40 y 100 nucleótidos.

El trabajo de Totani abre una nueva vía para la comprensión del problema de la emergencia de vida valorando la probabilidad de su aparición en el Universo. Para ello se apoya en dos pilares:

  • El primero sería el tamaño del Universo calculado a partir de las teorías inflacionarias. La inflación necesaria para resolver los problemas de horizonte y planitud (ver Apéndice 1) requiere una duplicación del Universo temprano mayor de 60 veces. Esto conduciría a un Universo del tamaño del Universo Observable, pero existe el convencimiento de que el Universo es bastante mayor y por ello realiza sus cálculos considerando un tiempo de inflación doble, triple o cuádruple. El Universo Observable contiene 10100 estrellas y el creado mediante un tiempo de inflación doble tendría 10178
  • El segundo pilar se refiere al ARN: cuántos eslabones debe tener una cadena de nucleótidos para “esperar una actividad autorreplicante”. Como ya se ha mencionado anteriormente, este número oscilaría entre 40 y 100 nucleótidos. También tiene en cuenta otro tipo de información obtenida en experimentos de polimerización de ARN mediante la adición aleatoria de monómeros realizados sobre superficies de arcillas.

Con estos datos calcula la probabilidad de producción de un proceso abiótico que alcance la posibilidad de posterior evolución darwiniana. Y ello se extrapola a la totalidad del Universo o zona parcial del mismo con un determinado número de estrellas.

El resultado de sus cálculos le permite afirmar: “el número esperado de eventos de abiogénesis es mucho menor que la unidad cuando observamos una estrella, una galaxia o incluso todo el universo observable”.

Sin embargo el tamaño del Universo podría ser incluso 1078 veces mayor en tamaño que la parte con la que estamos relacionados a través de la luz.  De acuerdo con los resultados obtenidos por Totani en este espacio sí existe una probabilidad importante de generación de vida.

Ya hemos dicho que este trabajo aporta un enfoque nuevo, al aunar conceptos biológicos y astrofísicos, pero además contempla los últimos criterios adquiridos sobre todo en pruebas de formación de ARN y por ello los resultados son exponente del conocimiento actual en la materia.

Es importante resaltar que, puesto que las leyes que rigen el Universo son iguales en todo el espacio-tiempo, los conceptos utilizados en los cálculos son independientes de las condiciones de nuestro planeta.

También es interesante puntualizar que el estudio se refiere a la aparición de la vida más elemental. El progreso hacia formas de vida más complejas requiere una evolución darwiniana y para ello se precisan determinadas condiciones de temperatura, tiempo, atmósfera, ausencia de radiaciones o cataclismos y otras muchas. Este tipo de condicionantes sí que son dependientes de la posición en el Universo y muchos científicos consideran que la Tierra es un lugar privilegiado. Por ello se puede afirmar que la presencia de vida evolucionada en nuestro Universo, el Universo Observable, es todavía más escasa que lo que indican los cálculos de Tonomori Totani. Y como él mismo afirma en su escrito “con ello se da explicación a la paradoja de Fermi”(ver Apéndice 2).

Apéndice 1: Planitud del Universo

Las ecuaciones de la Relatividad General conducen a una forma del Universo que puede ser abierto, cerrado o plano dependiendo de la densidad (Ω0 es la densidad relativa) y la fuerza de expansión.

Pero las condiciones para que sea plano son altamente inestables y por tanto se requiere un enorme equilibrio entre los factores que intervienen y unas condiciones iniciales del Universo altamente improbables.

La realidad es que el Universo que observamos es plano. En él dos rectas paralelas no se cortan nunca y la suma de los ángulos interiores de un triángulo suman 180o.

Se admite que la inflación, que es una brutal expansión del Universo que tuvo una duración de fracciones de segundo en el instante posterior al Big Bang, es la causante de esta planitud.

 

En efecto, independientemente de la curvatura inicial del universo ésta se “aplana” automáticamente por el inmenso estiramiento o inflado del espacio-tiempo, al igual que la superficie de un globo parece más plana en cualquier punto a medida que el globo se expande. Así el Universo debe ser casi plano si la inflación realmente tuvo lugar como ahora creemos.

A qué llamamos horizonte

Nuestro horizonte (en un sentido cosmológico) es la distancia máxima que podemos ver en el Universo.

Generalizando para cualquier punto del Universo, el horizonte es la distancia máxima desde la cual la luz podría haber llegado a ese punto, dentro de la edad del Universo.

Causalidad

Un plato de sopa caliente se enfría gradualmente hasta llegar a la temperatura ambiente porque está en contacto con el aire que le rodea y éste está más frío. Si esperamos el tiempo suficiente, la temperatura de la sopa y del aire llegará a ser la misma, debido al contacto mutuo. La homogeneización de la temperatura de dos cuerpos depende de que mantengan una comunicación prolongada y constante. A esto llamamos causalidad.

El problema del horizonte

Mirando una parte del firmamento y mirando en la dirección opuesta (puntos azules), los radiotelescopios ven la misma temperatura (2,7 K con una desviación máxima de una cienmilésima).

Supongamos que el universo tiene 14 mil millones de años, luego las dos direcciones están separadas por 28 mil millones de años luz (sin considerar la expansión del Universo).

Estos puntos opuestos no deberían estar “causalmente conectados”, es decir, nunca habrían estado a una distancia a la que pudieran haber interaccionado (para cada punto azul la respectiva circunferencia de puntos limita el área de posibles puntos causalmente conectados).

 Por tanto estas dos regiones no deberían tener la misma temperatura.

Diagrama distancia tiempo del Universo con inflación

La representación de la evolución del Universo que incluye el período de inflación permite explicar cómo los puntos A y B, que corresponden a extremos opuestos de nuestro firmamento, se corresponden con puntos que en los primeros instantes del Big Bang sí estuvieron en contacto causal durante el tiempo suficiente para interaccionar.

En el siguiente diagrama espacio-tiempo que representa, al igual que el anterior, la evolución del Universo, el cono central representa el desarrollo sin inflación y evidencia que en este caso todas las zonas que quedan fuera de este cono y pertenecientes a nuestro Universo observable no tienen conexión causal.

La inflación permite explicar que todas las zonas del Universo observable tengan conexión causal.

Apéndice 2: La paradoja de Fermi

La paradoja de Fermi es la aparente contradicción que hay entre las estimaciones que afirman que hay una alta probabilidad de que existan otras civilizaciones inteligentes en el Universo Observable, y la ausencia de evidencia de dichas civilizaciones.

Enrico Fermi es uno de los físicos más brillantes del siglo XX, premio Nobel de Física en 1938.  A la vez teórico y experimental. Estudió el comportamiento de ciertas partículas a las que se denominó fermiones en su honor y previó la existencia del neutrino, partícula a la que él mismo bautizó.

Tenía fama de realizar certeros cálculos mentales sobre cuestiones muy variadas y profundas. En 1950, en plena vorágine mediática y social sobre la existencia de platillos voladores y señales extraterrestres, en medio de una charla informal comiendo con sus colaboradores en Chicago formuló su famosa pregunta: “Where is everybody?”. Sus colaboradores la interpretaron como la paradoja que desde entonces lleva su nombre.

 

[1] Tomonori Totani, Emergence of life in an inflationary universe 03 February 2020 Nature Scientific Reports  (2020) 10:1671 | https://doi.org/10.1038/s41598-020-58060-0

 

Manuel Ribes

Observatorio de Bioética

Instituto de Ciencias de la Vida

Universidad Católica de Valencia

 

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