NASA

Los humanos quizá no caminarían actualmente en la Tierra si no fuera por una fusión ancestral de dos organismos microscópicos y unicelulares denominados procariotas, según lo revela una investigación realizada por la NASA.

Al comparar las proteínas presentes en más de 3000 diferentes procariotas – un tipo de organismo unicelular sin un núcleo – en la investigación realizada por el biólogo molecular James A. Lake, del Centro de Astrobiología de la Universidad de California en Los Angeles, se obtuvo que dos grandes clases de microbios relativamente simples se fusionaron hace mas de 2.500 millones de años. El estudio de Lake revela una nueva vía para la evolución de la vida en la Tierra. Estos hallazgos se publicaron en la edición del 20 de agosto de 2009 de la revista Nature.

La endosimbiosis, o combinación de dos células, permitió la evolución de un organismo más estable y exitoso con capacidad de usar la energía de la luz solar vía fotosíntesis. La evolución luego culminó con organismos fotosintéticos que produjeron oxígeno como un subproducto. La oxigenación resultante de la atmósfera terrestre afectó profundamente la evolución de la vida, culminando en organismos más complejos que consumieron ese oxigeno, los cuales serían los ancestros de las criaturas que respiran oxígeno, incluyendo a los seres humanos.

“La vida superior no podría haber ocurrido sin este evento”, señala Lake. “Éstos son organismos muy importantes. Cuando estos dos procariotas ancestrales se desarrollaron, no había oxígeno en la atmósfera terrestre. Sin ellos, los humanos no vivirían. Ningún organismo que respire oxígeno podría vivir”.

La maquinaria genética y la organización estructural de estos dos organismos que se unieron, produjeron una nueva clase de procariotas, llamados procariotas de membrana doble. A medida que éstos evolucionaron, miembros de la clase con doble membrana, las llamadas cianobacterias, se tornaron los primeros productores de oxígeno en el planeta, generando el suficiente oxígeno como para alterar la composición química de la atmósfera y sentar una etapa de la evolución de organismos más complejos, como son los animales y las plantas.

“Este trabajo constituye un mayor avance en nuestro entendimiento de cómo un grupo de organismos pudo aprender a aprovechar el Sol y con esto producir un gran cambio en el ambiente de la Tierra, como nunca se ha visto. En este caso, con resultados benéficos”, señala Carl Pilcher, director del Instituto de Astrobiología, en el Centro de Investigación Ames, de la NASA, en Moffett Field, California, que co-financió el estudio junto a la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), de Arlington, Virginia.

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NASA/ JPL

Científicos de la NASA han descubierto una substancia, llamada glicina, que es un ladrillo fundamental para la creación de vida, en muestras del cometa Wild 2, que fueron enviadas a la Tierra por la sonda espacial Stardust, de la NASA.

“La glicina es un aminoácido usado por los organismos vivos para producir proteínas y ésta es la primera vez que un aminoácido ha sido encontrado en un cometa”, señala la Dra. Jamie Elsila, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, en Greenbelt, Maryland. “Nuestro descubrimiento da apoyo a la teoría de que algunos ingredientes de la vida se formaron en el espacio y fueron depositados en la Tierra, hace mucho tiempo, por meteoritos e impactos cometarios”.

Elsila es autora líder de este trabajo de investigación aceptado para su publicación en la revista Meteoritics and Planetary Science. La investigación fue presentada durante la Reunión de la Sociedad Americana de Química, en Washington, DC, el pasado 16 de agosto de 2009.

“El descubrimiento de glicina en un cometa apoya la idea que los ladrillos fundamentales para la construcción de la vida son prevalentes en el espacio y consolidan la discusión que la vida en el Universo puede ser más común que rara”, señala el Dr. Carl Pilcher, Director del Instituto de Astrobiología de la NASA, cofinanciador de este estudio.

Las proteínas son el “caballito de batalla” de las moléculas de la vida, usadas en todo, desde estructuras como el cabello hasta las enzimas, los catalizadores que aceleran o regulan las reacciones químicas. Son parecidas a las 28 letras del alfabeto, que pueden tener combinaciones ilimitadas para hacer palabras; asimismo, usando 20 diferentes aminoácidos se pueden construir millones de proteínas diferentes.

La sonda de la misión Stardust pasó a través del gas denso y el polvo que rodean al núcleo helado del cometa Wild 2, el 2 de enero de 2004. Como la nave atravesó este material, pudo recolectar material con su rejilla rellena con aerogel (un material novedoso que está compuesto en más del 99% de espacio libre) para tomar muestras del polvo y el gas del cometa.

La rejilla fue depositada en una cápsula, que posteriormente fue expulsada de la nave y con la ayuda de un paracaídas fue depositada en el suelo de la Tierra, el 15 de enero de 2006. Desde entonces, los científicos alrededor del mundo han estado ocupados analizando esas muestras que nos ayudarán a aprender los secretos de la formación de los cometas y la historia del Sistema Solar.

“Analizábamos realmente el papel de aluminio de los lados de los compartimientos minúsculos que sostienen el aerogel en la rejilla de recolección”, señala Elsila. “Como las moléculas de gas atravesaron el aerogel, algo quedó pegado en el papel. Pasamos dos años probando y desarrollando nuestro equipo para hacerlo más sensible y exacto y poder así analizar cada una de estas pequeñas muestras increíbles”.

El análisis anterior y preliminar en los laboratorios del Centro Goddard, detectó la glicina tanto en el papel de aluminio como en las muestras del aerogel. Sin embargo, dado que la glicina es usada por la vida terrestre, el primer equipo fue incapaz de descartar contaminación de fuentes terrestres. “Era posible que la glicina encontrada fuera originada por el manejo o la construcción en sí de la nave Stardust”, señala Elsila. La nueva investigación usó análisis isotópico del papel para descartar esta posibilidad.

Los isótopos son versiones de un elemento con diferentes pesos o masas, por ejemplo, el átomo de Carbono más común es el Carbono 12, que tiene seis protones y seis neutrones en el centro (núcleo). Sin embargo, el isótopo Carbono 13 es más pesado debido a que tiene un neutrón extra en su núcleo. Una molécula de glicina proveniente del espacio tendría más Carbono 13 (más pesado) que una glicina de la Tierra. Y esto fue exactamente lo que encontró el equipo de científicos. “Hemos descubierto que la glicina enviada por Stardust tiene una marca del isótopo de Carbono extraterrestre, indicando que su origen es el cometa”, dijo Elsila.

El equipo de Cientificos incluye a los Dres. Daniel Glavin y Jason Dworkin del Centro Goddard, de la NASA. “Basado en los resultados del papel y del aerogel es altamente probable que la parte del cometa expuesta a la recolección por parte de Stardust esté cubierta con glicina que se formó en el espacio”, agrega Glavin.

“Este descubrimiento de aminoácidos en la muestra enviada a la Tierra por Stardust es muy excitante y profunda”, señala el Profesor Donald E. Brownlee,  de la Universidad de Washington en Seattle. “Es también un triunfo de las altas capacidades avanzadas de los estudios de laboratorio realizados en materiales extraterrestres primitivos”.

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IAU/ E. Guinan

Uno de los temas más candentes de la 27a Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional (UAI) en Río de Janeiro, Brasil, involucra el estudio de las condiciones astrofísicas favorables para el desarrollo y la supervivencia  de la vida. Nuevas investigaciones muestran que, comparadas con las estrellas de mediana edad,como el Sol, las estrellas formadas recientemente giran muy rápido generando poderosos campos magnéticos que provocan emisiones de niveles más intensos de rayos X, rayos ultravioletas y partículas cargadas – todo lo cual podría causar estragos en las atmósferas en ciernes y tendría un efecto drástico sobre el desarrollo de las nuevas formas de vida.

Por qué la vida es rara en el Universo es una de las cuestiones clave en las ciencias naturales de hoy. Reuniendo los conocimientos multidisciplinarios de la biología, la geología, la física y la astronomía, los astrobiólogos están abordando diferentes aspectos de esta muy profunda cuestión y, en particular, cómo las condiciones en los diferentes tipos de estrellas, en una fase temprana de desarrollo, podrían ayudar o dificultar la aparición de la vida en un sistema planetario. Varios científicos en la vanguardia de esta investigación acaban de concluir el Simposio N° 264 de la UAI sobre “Variabilidad solar y estelar – el impacto en la Tierra y otros planetas”.

El Sol es asombroso y temible – una pelota supercalentada alrededor de 300.000 veces más pesada que la Tierra, irradiando enormes cantidades de energía y lanzando grandes globos de plasma caliente a millones de kilómetros, en el espacio. La intensa radiación de esta enorme potencia sería fatal cerca del Sol, pero para un planeta como la Tierra, en órbita a una distancia segura frente a estas violentas explosiones, ya bañada por una suave radiación, el Sol puede proporcionar el constante suministro de energía necesario para mantener la vida. Ahora sosegado y de mediana edad, en torno a los 4.500 millones de años, la salvaje juventud del Sol quedó atrás.

Edward Guinan, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad Villanova, en los EE.UU., y su equipo del proyecto “Sol-en-el-tiempo” ha estudiado estrellas análogas al Sol, tanto en las etapas temprana y tardía de su ciclo de vida. Estas “sosías solares” permiten a los científicos analizar, a través de una ventana en el tiempo, para ver las duras condiciones que prevalecen en el inicio o futuro del Sistema Solar, así como en los sistemas planetarios alrededor de otras estrellas. Estos estudios podrían conducir a profundos conocimientos sobre el origen de la vida en la Tierra y ponen de manifiesto cuánto se parecería (o no) el crecimiento de la vida en otro lugar del cosmos. Este trabajo ha puesto de manifiesto que el Sol giraba más de diez veces más rápido en su juventud (más de cuatro mil millones de años) que lo que lo hace hoy. Cuanto más rápido gira una estrella, más duro será el trabajo del dínamo magnético en su núcleo, generando un campo magnético más intensi, por lo que el joven Sol emitió rayos X y radiación ultravioleta hasta varios cientos de veces más intensamente que el Sol de hoy.

Un equipo dirigido por Jean-Mathias Grießmeier, de ASTRON, en Holanda, observó otro tipo de campos magnéticos – alrededor de los planetas. Ellos encontraron que la presencia de campos magnéticos planetarios desempeña un papel importante para determinar el potencial para la vida en otros planetas, ya que pueden proteger contra los efectos de las intensas tormentas de partículas de corta vida cuando la estrella expulsa masa de su corona, y de la persistencia de los ataques por partículas del viento estelar. Grießmeier dice: “los campos magnéticos planetarios son importantes por dos razones: porque protegen al planeta contra la entrada de partículas cargadas, evitando así que la atmósfera planetaria sea arrancada, y también, actúan como un escudo contra los rayos cósmicos de alta energía. La falta de un campo magnético intrínseco puede ser la razón por la cual hoy Marte no tiene una atmósfera”.

Guinan explica un sorprendente hallazgo que surgió de su trabajo: “El Sol no parece la estrella perfecta para un sistema en el que la vida pueda surgir. Aunque es difícil discutir con el éxito del Sol , ya que hasta ahora es la única estrella conocida que alberga un planeta con vida, nuestros estudios indican que las estrellas ideales para albergar planetas adecuados para la vida por decenas de miles de millones de años deberían ser las ‘enanas naranja’ más pequeñas y que se quemam más lentamente, con una vida útil más larga que la del Sol – unos 20.000 a 40.000 millones de años. Estas estrellas, también llamadas estrellas K, son estables con una zona habitable que permanece en el mismo lugar durante decenas de miles de millones de años. Ellas son 10 veces más numerosas que las estrellas similares al Sol y pueden proporcionar el mejor potencial de hábitat para la vida en el largo plazo”. Él continúa: “En la parte más especulativa hemos encontrado indicios de que los planetas como la Tierra no son necesariamente los más adecuados para la evolución de la vida. Planetas dos a tres veces más masivos que la Tierra, con una mayor gravedad, pueden mantener el mejor ambiente. Ellos pueden tener un gran núcleo de hierro líquido con un fuerte campo magnético que protege contra los primeros ataques de los rayos cósmicos. Además, un planeta mayor se enfría más lentamente y mantiene su protección magnética. Este tipo de planeta puede ser más propenso a albergar vida. Creo que no lo cambiaría, no se puede argumentar contra el éxito”.

Manfred Cuntz, profesor asociado de física en la Universidad de Texas en Arlington, EE.UU., y sus colaboradores, han examinado tanto los daños como los efectos beneficiosos de la radiación ultravioleta de las estrellas sobre las moléculas de ADN. Esto les permite estudiar el efecto sobre otras posibles formas de vida extraterrestre en las zonas habitables alrededor de otras estrellas. Cuntz dice: “El daño más importante asociado a la luz ultravioleta es la que proviene de la UV-C, que se produce en enormes cantidades en la fotosfera de las estrellas más calientes, de tipo F y, también, en las cromosferas de las estrellas más frías, las naranja de tipo K y rojas de tipo M. El Sol es una estrella intermedia, amarilla de tipo G. El ambiente de rayos ultravioletas y cósmicos alrededor de una estrella puede muy bien haber ‘escogido’ qué tipo de vida podría surgir en torno a ella”.

Rocco Mancinelli, astrobiólogo del Instituto de Búsqueda de Vida Inteligente (SETI), en USA, señala que como la vida surgió en la Tierra hace por lo menos 3.500 millones de años, debe haber resistido un bombardeo de intensa radiación ultravioleta durante mil millones de años hasta que el oxígeno producido por estas formas de vida formara la capa protectora de ozono. Mancinelli estudia el ADN para ahondar en algunas de las estrategias de protección ultravioleta que se desarrollaron en las formas iniciales de vida y aún hoy persisten en una forma reconocible. Como toda vida en otros sistemas planetarios también debe lidiar con la radiación de sus estrellas, estos métodos de reparación y protección de los organismos ante los daños del ultravioleta sirven como modelos de vida más allá de la Tierra. Mancinelli dice: “También vemos a la radiación ultravioleta como una clase de mecanismo de selección. Los tres reinos de la vida que existen hoy en día tienen en común estrategias de protección ultravioleta, tales como un mecanismo de reparación del ADN y refugiarse en el agua o en las rocas. Aquéllas que no parecen haber sido exterminadas al principio”.

Los científicos coinciden en que ya sabemos cuán ubicua o cuán frágil es la vida, pero Guinan concluye: “El período de habitabilidad de la Tierra ya se está acabando – en una escala de tiempo cosmológica. En 500 millones de años, el Sol comenzará a ser tan luminoso y caliente que el agua no podrá existir en forma líquida en la Tierra, dando lugar a un efecto invernadero desbocado en menos de 2 mil millones de años”.

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