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miércoles, 10 de junio de 2009

Los Estrechos Límites de la Vida

¿Qué es la vida? A pesar de que la definición del concepto de vida no está aún bien establecida, en términos generales se podría decir que la vida es la cualidad de una unidad genética organizada para realizar metabolismo, reproducirse y evolucionar.
El ser humano es un animal de costumbres, y como tal, se podría decir que estamos acostumbrados, desde que nacemos, a ver vida a nuestro alrededor; sin embargo, y a pesar de ello, somos usualmente inconscientes de esta peculiar situación.
La vida es un fenómeno raro. Basta con observar el universo que nos rodea para darnos con la sorpresa de que, al menos hasta donde alcanzan nuestros más potentes telescopios y sondas, somos el único planeta existente que alberga seres vivos. Indudablemente, esta observación nos lleva a “elevar nuestras consciencias” y analizar la situación de manera más panorámica.
El ser humano es, de por sí, autoconsciente; esto es, consciente de su existencia, de las consecuencias de sus acciones, consciente del pasado, el presente y el futuro, entre otras cosas. Y como tal, es justo y necesario que seamos conscientes también de todas las condiciones (algunas muy improbables) para que esta extraña y estadísticamente anormal cualidad llamada vida pueda ocurrir.
Tengamos en cuenta, por mencionar algunas de estas condiciones especiales, la temperatura, presión, y concentración de gases atmosféricos.
La temperatura promedio en la superficie de los planetas más cercanos a la Tierra, es decir, Venus y Marte, es de unos 480 y -53ºC, respectivamente, mientras que las presiones se encuentran en el orden de las 90 atm en el caso de Venus y alrededor de 4.58 torr (0.006 atm) en el caso de Marte. Ahora comparemos estos valores con la temperatura y presión mucho más moderadas de la Tierra: unos 15ºC y 1 atm. Esto nos hace ver que la Tierra está situada en una posición estratégica dentro del sistema solar. De todos modos habría que tener en cuenta el hecho de que esta particular situación está influida, en parte, por los mismos seres vivos. Sin embargo, en réplica a lo que muchos podrían argumentar, estas características únicas de la Tierra no se deben a una inteligencia superior, sino que, de todos los planetas del sistema solar, el más apto para que se originara vida (por muchas razones) fue, precisamente, el planeta Tierra. Todo es cuestión de perspectiva, ya que es natural ver las cosas desde el momento preciso en el cual estamos situados y pensar que toda la evolución ha estado dirigida hacia el ser humano; aunque, por el contrario, lo que deberíamos hacer es, más bien, ampliar nuestro panorama y analizar el proceso evolutivo paso a paso, desde el comienzo. Pretender hacerlo al revés sería como querer resolver un problema matemático partiendo desde la respuesta: de haber un error, este sería imperceptible, ya que estaríamos condicionados psicológicamente a concentrarnos en el fin y no en el proceso.
Ahora volvamos al tema central del artículo.
La concentración de gases importantes como el dióxido de carbono y el oxígeno en las atmósferas de Venus y Marte es de 98% y menos de 0.1%, y 95% y 0.13%, respectivamente. En la Tierra, en cambio, existe un 0.03% de dióxido de carbono atmosférico y un 21% de oxígeno, siendo el nitrógeno el mayor constituyente de la atmósfera (78%). Este nitrógeno proviene en gran parte de los procesos biológicos ocurridos en nuestro planeta.
Las razones por las cuales esto es así (excluyendo de momento a la acción biogénica sobre la composición atmosférica) son múltiples. Por ejemplo, la posición relativa de la Tierra con respecto al Sol hace que la energía radiante que llega a la superficie terrestre sea óptima para el desarrollo de vida (alrededor de 1368 watts/m2). También es importante el porcentaje de dióxido de carbono atmosférico, que permite un ligero efecto invernadero, suficiente como para mantener una temperatura promedio de 15ºC óptima para el desarrollo de vida (de ser menor esta concentración, la temperatura promedio sería de -20ºC). Si el porcentaje de dióxido de carbono fuera mayor, el efecto invernadero se incrementaría hasta elevar la temperatura notablemente, haciendo imposible el desarrollo de cualquier ser vivo (como es el caso de Venus).
Además de esto, las condiciones de presión y temperatura de la Tierra son cruciales para que puedan existir compuestos esenciales para la vida, como el agua y el dióxido de carbono, en sus estados precisos.
Para entender mejor esto, es necesario analizar brevemente los diagramas de fases de estos compuestos. Un diagrama de fases es aquel en el que se resumen las condiciones en las que existen equilibrios entre los diferentes estados de la materia para un compuesto particular.

De arriba a abajo: diagramas de fases del agua, dióxido de carbono y oxígeno, respectivamente.






En el gráfico del agua podemos apreciar que por debajo de 4.58 torr (=mmHg), el agua no puede existir en estado líquido. La presión en Marte es cercana a este valor de 4.58 torr (0.006 atm), por lo que encontrar agua líquida en Marte debe ser una tarea muy difícil. Lo mismo podemos decir de la temperatura, ya que por debajo de 4.58 torr y 0.0098 ºC, el agua se encontrará únicamente en estado sólido, es decir, en forma de hielo. Recordemos que, la temperatura media marciana aproximada es de -53ºC. De hecho, en Marte existe agua precisamente en estado sólido. En el caso de Venus, el agua estará destinada a existir únicamente en estado gaseoso, sin posibilidad de pasar a los otros dos estados. Como conclusión preliminar queda evidenciado que el agua líquida, necesaria para el metabolismo de cualquier ser vivo, se encuentra exclusivamente en la Tierra.
Ahora, veamos el gráfico del dióxido de carbono. En Marte existirá únicamente en estado gaseoso, al igual que en la Tierra, pero en Venus el dióxido de carbono se encontrará exclusivamente en su estado de fluido supercrítico, un estado especial de la materia con características intermedias entre un líquido y un gas. Con respecto al dióxido de carbono entonces, en la Tierra y en Marte se encuentra en estado gaseoso, que es la forma en la que los organismos vivos lo utilizan para sus metabolismos.
Y por último analicemos el gráfico del oxígeno. En Marte, se puede encontrar únicamente en estado gaseoso, mientras que en Venus en forma de fluido supercrítico. Conclusión: en Marte y en la Tierra, el oxígeno se puede encontrar como gas, que es la forma metabolizable en los seres vivos, mientras que en Venus no.
De esta forma, podemos obtener una matriz en la que podemos apreciar mejor estas características.



Como podemos apreciar, Las condiciones idóneas para que exista vida se encuentran únicamente en la Tierra. Marte presenta características interesantes, como el hecho de poseer condiciones para que el dióxido de carbono y el oxígeno existan en estado gaseoso, al igual que en la Tierra. Sin embargo, el problema de Marte es con el agua.
De todo lo anterior, se puede decir que los primeros seres vivos encontraron algunas condiciones favorables para su supervivencia en la Tierra, y a partir de ahí se empezó a dar un proceso de retroalimentación en dos vías, en el que tanto las condiciones climáticas y la existencia de los seres vivos son interdependientes. Este proceso persiste hasta la actualidad y persistirá mientras exista vida en la Tierra.
Finalmente, tengo que decir que este breve análisis de las condiciones fisicoquímicas necesarias para la vida, nos muestra que somos prácticamente una improbabilidad en el mundo natural. Sin embargo, aquí estamos, analizando nuestra improbable y maravillosa existencia, así como la de los demás seres con los que compartimos nuestro hogar: la Tierra.

PD: los gráficos han sido obtenidos de la web, sin embargo, la tabla es de autoría personal.

8 comentarios:

Mar-o dijo...

Excelente post, como de costumbre, con lo poco que se de ciencia me maravilla, aunque no entiendo todos los terminos planteados, me resulta más coherente, veraz y real, que los cuentos magicos-religiosos, de pueblos arcaicos que aun predominan sus pensamientos.

Saludos.

Paroaria dijo...

Me encantó el post, está muy bien explicado y presentado…
Aunque… no me quedó en claro si además se plantea un postura de incredulidad sobre la existencia de vida en otros planetas. Personalmente soy, por ahora, y hasta que se demuestre lo contrario, un iluso, un creyente de que la vida en otros planetas debe existir, cerca o lejos, con organismos similares a los terrestres o “enanitos verdes”.
La vida se gestó en la Tierra por sus condiciones particulares, pero no únicas. Además, como afirmaba Carl Sagan estamos terriblemente limitados por las formas de vida que sólo conocemos de la Tierra.
Creo que en cualquier planeta con una cierta estabilidad en sus cambios o aún en su invariabilidad y que cuente con ciertas sustancias, de las que aún desconocemos su potencial como sustentadoras de vida, o inclusive que desconocemos por completo en este mundo podrá sostener vida, o algo similar a ella. No olvidemos que hasta la década de los ´50 se afirmaba la imposibilidad de que organismos vivos puedan existir en las profundidades oceánicas, o que puedan reproducirse y evolucionar organismos en aguas a temperaturas mayores a las que podía resistir cualquier proteína hasta entonces conocida sin desnaturalizarse, y descubrieron los ¡extremófilos! Y vaya que los son. O pensemos en los organismos que soportan radiaciones muy intensas, siendo que han evolucionado en ambientes carente casi por completo de ella. O pensemos en ambientes donde el agua líquida es inexistente durante casi todo el año, y las temperaturas tan bajas que no tenemos nada que envidiarle a Marte, pero claro, la mayor parte de nuestro planeta tuvo y tiene condiciones mucho más benéficas para la vida, entonces podríamos argumentar que la vida nació gracias a esas condiciones y que luego colonizó los ambientes extremos, pero también podríamos pensar que se pudieron haber desarrollado varios tipos de formas de vida diferentes pero que sólo sobrevivieron aquellas que contaban con mayores recursos y más beneficios en estas condiciones particulares; después de todo ¡nosotros respiramos un gas muy venenoso! ¡El oxígeno! Un gas capaz de eliminar miles de millones de individuos rápidamente (bacterias anaerobias), y que de hecho casi extinguió la vida de ellas, a pesar que ellas fueron las únicas que vivieron en este planeta hasta sólo hace unos pocos miles de millones de años.
¿Y que tal si existe vida que se sustente de amoníaco y nitrógeno, o de dióxido de carbono y metano, nada aún puede descartar de plano esas hipótesis? Además por qué podemos descartarlas si aún seguimos descubriendo formas de vida constituídas por las mismas bases químicas y genéticas que nosotros pero que considerábamos imposibles que existieran.
Creo que subestimamos enormemente a la vida, su plasticidad, sus capacidades de adaptación, de aletargarse durante largos lapsos y de evolucionar progresiva, y ¡aún regresivamente¡ y su particular constitución, puesto que no somos seres creados mágicamente, estamos hechos de átomos y de energía como todo el resto del universo!!! Que maravilloso!!!! No somos los únicos.

Estos post de Biología y evolución son excelentes.
Saludos

Daniel Barona Narváez dijo...

Gracias a ambos por sus comentarios.

Paroaria, tienes razón, creo que no dejé clara mi posición respecto a la existencia de vida en el Universo. Bueno, yo pienso que suponernos los únicos sería terriblemente arrogante. El Universo es mucho más vasto de lo que nuestras mentes alcanzan a entender normalmente, y según cálculos, existen muchas probabilidades de que existan otros planetas con vida (no necesariamente inteligente). Sin embargo, a pesar de ello, la vida no deja de ser un evento raro e improbable.
Como bien has dicho, podría construirse vida en base a otros compuestos diferentes a los considerados en el artículo, pero de todos modos, algunas condiciones necesarias para la vida son universales.
Si hay vida en otros planetas, debe ser fascinante y los seres allí probablemente sean muy diferentes a lo que somos capaces de imaginar.

Y como has dicho, uno de los gases más importantes y necesarios para nuestra vida, el oxígeno, es tóxico para otros seres como las bacterias anaerobias, y algo más asombroso es que es tóxico a largo plazo para nosotros mismos y para todos los seres vivos en general. Recordemos que el envejecimiento, que a la larga es el que hace que nuestras vidas sean finitas, es producto de las reacciones de oxidación acontecidas en nuestro metabolismo. Es decir, el oxígeno produce reacciones de oxidación que generan radicales libres en el cuerpo, lo que causa el envejecimiento celular y por consiguiente el de los tejidos.
Este hecho es remarcable, ya que incluso podría utilizarse como argumento para sostener que no somos creación de un Dios infinitamente bueno como muchas religiones lo plantean. ¿Acaso este Dios infinitamente bondadoso nos pondría a vivir de por vida en una casa cerrada llena de gas venenoso para vivir y luego morir a causa de ello?
Sinceramente no lo creo.

Un saludo.

Paroaria dijo...

Sí, definitivamente las condiciones para la vida no pueden ser cualquiera, de la casi infinita gama que existe en el universo, sólo son ciertas condiciones las que la pueden albergar. Y, sí, también tienes razón en lo referente a la toxicidad del O2, y la generación de radicales libres que nos afectan. Lo cierto es que la vida es más perseverante, tenaz y amplia en sus parámetros de desarrollo de lo que se suponía hace unas décadas atrás.
También concuerdo con tu argumento “antidivino”, sería un padre un tanto cruel y perverso, ¿no es cierto?.

Un abrazo
PS: Una sugerencia para próximos post… Me resultaría particularmente interesante que postees sobre las críticas científicas y religiosas hacia la teoría evolutiva.

SUSO dijo...

Hola Daniel.

Un montón de cosas que decir, y poco espacio para hacerlo. Acabo de conocer tu blog, pero no sé ni de dónde vengo, saltando de sitio en sitio... Pero ya que he llegado, aquí me quedo, que me ha gustado... Te acabo de enlazar en mi blogroll porque, por lo poco que he leído (este post, de momento), jugamos en el mismo equipo, así que considera esto como una invitación a darte una vuelta y conocer mi blog. Ah! y tu blogroll... ES UNA MARAVILLA!!! Ya tengo la noche echada visitando sitios nuevos.

Sobre la entrada... pues sí y no... A mi modo de ver, cometes un error de planteamiento. Tus dudas sobre la posibilidad de que exista vida en el resto del Universo, considerarla como un evento raro e improbable, se debe a que te estás refiriendo a vida similar a la de la Tierra. En ese caso, te doy la razón: seguramente no exista. Las condiciones que se dieron en nuestro planeta eran las óptimas para que apareciera... la vida en la Tierra!! Es decir, condiciones óptimas para estas formas de vida. Otras condiciones, en otro rincón del Universo, también puede que desembocaran en otra vida. Por lo tanto, también deberíamos considerarlas óptimas, no crees? Todavía no hemos llegado más allá de nuestra Luna, así que... ¿quién se atreve a decir, con total seguridad, que en Io, o en Europa (no el continente, el satélite de Júpiter) no hay vida? ¿Y en qué se basarían para tal afirmación? ¿Que no se dan las condiciones que se dieron en la Tierra? Pues vaya... No encontraremos mamíferos, eso seguro, pero microbios... o algo similar a la vida vegetal... ¿por qué no? Por cierto, que anda que no es curiosa la vida vegetal, sin un cerebro que centralice todas las operaciones... Si no coexistiéramos con este tipo de vida, tampoco se nos ocurriría imaginarnos que, en otra parte del Universo, pudiera sobrevivir este tipo de vida: "sin cerebro, no hay posibilidad de vida" nos diríamos, porque tomaríamos el sistema de referencia conocido: la vida con la que convivimos.

No me deja blogger publicar el comentario completo, así que lo divido en dos. Hasta aquí el primero...

SUSO dijo...

Y aquí comienza el segundo...

En algún sitio leí que la atmósfera primigenia, donde la vida unicelular comenzó su andadura, no se parecía en nada a la actual. Desde luego, carecía de la proporción de oxígeno de hoy, predominando... el dióxido de carbono!!!. El CO2 era el combustible de nuestros antepasados más remotos, realizando su "respiración" de forma inversa a la nuestra: absorbían CO2 y desprendían oxígeno... Y les fue tan bien, y había tantos, que acabaron, poco a poco, modificando las condiciones atmosféricas!!! Y provocando, por supuesto una extinción masiva de aquellos que no se adaptaron.

Te recomiendo encarecidamente, aunque quizá ya lo conozcas, un artículo de Isaac Asimov titulado "Uno y el único" , y que yo tengo en un libro recopilatorio de artículos suyos llamado "La tragedia de la Luna". En él se argumenta de forma brillante como el ingrediente IMPRESCINDIBLE para la vida, aquí y en cualquier punto del Universo, es el carbono. Entre otros motivos, por sus cuatro electrones en la segunda capa (me permito recordar aquí que dicha capa necesita ocho electrones para que esté completa), que le permite ceder uno, dos, tres o los cuatro, y también incorporar uno, dos, tres o cuatro. De esta forma, puede formar moléculas cada vez más y más grandes. Y no me discutirás que esa sí que es un condición imprescindible para que aparezca la vida: átomos y más átomos, en cantidades inimaginables, moléculas cada vez más complejas, combinaciones y venga combinaciones hasta que nazcan nuevos elementos, aminoácidos, ácidos, bases... y en una de estas, ZAS!!! ya no estamos ante un mineral, sino ante una célula. Una argumentación muy simplista, lo sé, pero es que en España ya es tarde, y a estas horas no estamos para exibiciones...

Lo que sí sé es que, en el momento que aparece la vida... YA NO HAY QUIEN LA PARE, y cito a Paroaria su plasticidad, sus capacidades de adaptación, de aletargarse durante largos lapsos y de evolucionar progresiva, y ¡aún regresivamente! la vuelven imparable...

En fin, que ojalá te haya sevido el comentario para mejorar un poco tu pesimista visión acerca de la existencia de vida en el Universo. Aunque sólo fuera por estadística, en miles de millones de galaxias, cada una con miles de millones de estrellas, con la cantidad de planetas orbitando esas estrellas... ¿realmente crees que no habrá MILLONES de rocas con condiciones adecuadas??? Me atrevo a apostarme un trago contigo a que sí, que las habrá. Y muchísimas con las mismas temperatura, presión, tamaño, humedad y composición química que nuestro querido y viejo planeta Tierra... aunque sólo fuera por estadística, la posibilidad existe y es real. Así que ríndete!! ;)

Nos leemos, Daniel. Un saludo racional.

Daniel Barona Narváez dijo...

Hola SUSO, muchas gracias por tus comentarios y que bueno que te haya gustado el blog.

Bueno, creo que de todos modos, me has malinterpretado en lo que dije en el post.
He dicho que la vida es un evento muy raro e improbable. Sí. Pero me refiero a ello en términos puramente estadísticos, ya que como tu dices, de las millones y millones de galaxias que existen, cada una con sus sistemas solares y más planetas aun, es lógico y esperable que hayan más planetas con vida de algún tipo. Sin embargo, la proporción de planetas con vida vs la proporcion de planetas sin vida debe ser asombrosamente baja. Es a eso a lo que me refería.
Y lo que comentaste acerca de que las condiciones de la Tierra eran otras cuando la vida recién surgió, es muy cierto. Por eso en una parte de mi artículo digo que "...la Tierra está situada en una posición estratégica dentro del sistema solar. De todos modos habría que tener en cuenta el hecho de que esta particular situación está influida, en parte, por los mismos seres vivos."
Y creo que lo que dices es completamente válido, una buena crítica por cierto, pero debo decir que mientrasa escribía el artículo tuve esas cosas en claro, lo que sucede es que no ahonde en ellas, más que nada por motivos de espacio (un post muy largo podría ser tedioso de leer).
Coincido contigo en que las condiciones para que surja y exista vida no necesariamente tienen que ser las mismas que las que conocemos aquí en la Tierra, pero sin embargo, y como le comenté a Paroaria, hay muchas condiciones y requisitos universales para que la vida pueda darse. Por ejemplo, temperatura, concentración de gases diversos, presencia de algún medio fluido en el que se puedan producir adecuadamente las diversas reacciones químicas (que en todo el Universo siguen las mismas leyes).
Por último me gustaría recalcar que mi posición es que pensar que somos el único planeta con vida sería algo egoísta, arrogante y producto de nuestra esterechez de miras, ya que el universo es más vasto y complejo de lo que alcanzamos a entender en primera instancia. Pero también es evidente que, estadísticamente hablando, la vida es un evento raro, lo que en estadística podría llamarse un "outlier". Sin embargo, dados los millones de planetas existentes en el universo y calculando los planetas habitables por algun tipo de vida (parecida o muy diferente a la nuestra), se podría decir que podrían existir varios miles o cientos de miles de planetas con algún tipo de vida. Pero innegablemente, tal cantidad no será ni el 0.1% del total de planetas en el universo. Ya estos cálculos han sido realizados por varios métodos y estimaciones, siendo una de ellas, la ecuación de Drake.

Nuevamente te agradezco por el comentario y eres bienvenido al blog cuando quieras.

Un gran saludo.

viagra dijo...

Vaya me da mucho miedo todo lo que dijiste, no puedo dormir!

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