La paradoja de la habitabilidad: «Los astrónomos alienígenas podrían haber pensado que la Tierra carecería de vida durante miles de millones de años»

Durante miles de millones de años de historia de la Tierra, un astrónomo alienígena puede haber sido engañado lo suficiente como para concluir que la Tierra era estéril, a pesar del hecho de que la vida estaba floreciendo en nuestro océano en ese momento «, dice Olson.En un artículo de 2018 en Science Advances, Olson y sus colegas simularon cómo la atmósfera de la Tierra ha cambiado con el tiempo. Incluso hace tres mil millones de años, los alienígenas pudieron haber inferido la vida olfateando el metano y el dióxido de carbono en la atmósfera primitiva. Pero nuestra atmósfera moderna -un faro literal de por vida- llegó hace solo unos 500 millones de años.

Early Earth arrojaría pistas convincentes para la vida, dice Joshua Krissansen-Totton de la Universidad de Washington. «La presencia de la vida en la Tierra ha sido bastante obvia durante los últimos 4 mil millones de años para cualquiera que pueda construir un gran telescopio», dice en un correo electrónico. «Si hubiera algo desagradable por ahí, entonces habrían extinguido la vida en la Tierra hace mucho tiempo. Creo que estamos a salvo invitándolos a visitar e intercambiar notas sobre el cosmos «.

Al estudiar los contenidos atmosféricos de la Tierra antigua y actual, los científicos dicen que han descubierto combinaciones químicas específicas que podrían revelar la presencia de actividad biológica en otros planetas. Estas biofirmas, que se describen en la revista Science Advances, podrían ofrecer una herramienta clave en la búsqueda de vida extraterrestre.

«Hay un camino directo desde las conclusiones de nuestro trabajo hasta el posible descubrimiento, que sería histórico, de la vida en otro lugar», dijo el autor principal David Catling, científico planetario y astrobiólogo de la Universidad de Washington en Seattle.

Miles de planetas más allá de nuestro sistema solar han sido descubiertos en los últimos años, un pequeño número de los cuales parecen ser planetas rocosos del tamaño de la Tierra a la distancia correcta de su estrella para contener agua líquida.Estudiar a aquellos con atmósferas detectables podría proporcionar pistas cruciales sobre si albergan vida.

A medida que nuevos y poderosos telescopios comienzan a conectarse, los investigadores están tratando de descubrir exactamente qué sustancias químicas atmosféricas deberían estar buscando.Después de todo, el hecho de que un planeta parezca tener los ingredientes adecuados para la vida no significa que en realidad haya algo allí.

Los científicos se han centrado en algunas moléculas potencialmente reveladoras, como el metano. El metano se produce en grandes cantidades por los microbios en la Tierra (incluidos los que están en los vientres del ganado). Pero el metano también puede ser producido por fuentes no biológicas, como los volcanes.

El oxígeno molecular (dos átomos de oxígeno unidos entre sí) se produce hoy en grandes cantidades mediante la fotosíntesis de algas, plantas y microbios.Pero el mecanismo fotosintético es tan complicado que los científicos piensan que se desarrolló una sola vez en nuestro propio planeta. Eso significa que no hay garantía de encontrar fotosíntesis productora de oxígeno en otros mundos, incluso si la vida existe allí.

Por lo tanto, depender de cualquier sustancia química individual podría producir falsos positivos o falsos negativos, dijo la coautora del estudio Stephanie Olson, una astrobióloga y estudiante de posgrado de la Universidad de California en Riverside. Pero los seres vivos alteran sus entornos de formas complejas. ¿Qué pasaría si hubiera una mezcla particular de moléculas que no existirían sin la vida

Para averiguarlo, el estudiante graduado de Catling, Joshua Krissansen-Totton, dirigió un estudio que examinó la atmósfera de la Tierra en tres etapas de su existencia: el Arcaico (hace entre 4.000 y 2.500 millones de años), el Proterozoico (hace entre 2.500 y 541 millones) y el Fanerozoico (hace 541 millones de años hasta el presente).

Durante cada uno de estos períodos de tiempo, la vida (y el planeta en sí) se veía muy diferente. Coloque una instantánea de cada período terrenal lado a lado, y se verían como planetas totalmente diferentes. Eso es útil para los científicos, agregó, que necesitan varios modelos de cómo sería la vida en otros mundos.

A pesar de sus diferencias, cada uno de estos períodos en la historia de la Tierra comparte al menos una característica: desequilibrios químicos en su atmósfera.Eso es porque la actividad biológica produce sustancias que de otra manera no tendrían ningún negocio coexistir, dijo Catling.

Tome metano y oxígeno: colocados juntos, estos gases reaccionan rápidamente y se destruyen entre sí. Pero hay mucho de ambos en la Tierra, porque los seres vivos siguen haciéndolos.

«Si encuentras un sistema en equilibrio, has encontrado algo que está muerto. O algo que no está vivo», dijo Catling. «Cuando vemos algo inusual, está fuera de control, puede ser un signo de vida».

La gente ha hablado de esta idea desde la década de 1960, dijo Catling, pero hasta ahora no la había cuantificado. Para este estudio, los científicos realizaron simulaciones utilizando los contenidos químicos conocidos de cada atmósfera para ver si existían algún desequilibrio químico revelador.

Los investigadores encontraron que durante el Arcaico, cuando había poco oxígeno, la coexistencia de metano, nitrógeno y dióxido de carbono en la atmósfera (junto con agua líquida) habría sido una señal de que los seres vivos estaban trabajando duro. «Los grandes flujos de cada gas en ausencia de biología son realmente difíciles de explicar», dijo Olson sobre la coexistencia de dióxido de carbono y metano.

En la mitad del Proterozoico, a medida que los microbios productores de oxígeno subían, el sorteo sería una combinación de oxígeno, nitrógeno y agua líquida. Incluso si los niveles de oxígeno atmosférico son demasiado bajos para ser detectables, los científicos podrían buscar ozono en su lugar, dijo Olson. Esto se debe a que el ozono (compuesto de tres átomos de oxígeno) se produce mediante reacciones que involucran oxígeno producido biológicamente y produce una señal muy fuerte que podría ser detectable incluso a niveles bajos.

En el Fanerozoico, que incluye el día de hoy, las biofirmas serían oxígeno con nitrógeno y agua. (Los niveles de oxígeno aquí serían mucho más altos y mucho más fáciles de detectar que a mediados del Proterozoico.)

Algunos de los cócteles químicos, como la combinación de metano y dióxido de carbono, podrían ser detectados por futuros observatorios como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2019.

«En realidad, les está dando a las personas un camino hacia adelante sobre en qué enfocarse en sus observaciones», dijo Nikole Lewis, científica del proyecto James Webb, que trabaja en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore.

James Webb estudiará una amplia gama de planetas, y tener una amplia variedad de biofirmas y una variedad de plantillas planetarias es una herramienta crucial, agregó. Esto se debe a que cuantos más planetas puedan encontrar que se ajusten a estos criterios, es más probable que descubran los pocos que realmente podrían albergar seres vivos.

«Tendremos una muestra lo suficientemente grande como para que haya algunas que sobresalgan como pulgares doloridos», dijo Lewis.

Hasta que James Webb y otros telescopios capaces de encontrar estos contenidos atmosféricos entren en línea, la búsqueda de posibles biofirmas continúa, dijeron los científicos.

«En este momento todavía no estamos preparados para reconocer la vida en la gran diversidad de exoplanetas similares a la Tierra, y solo podemos imaginar cómo sería la vida en un planeta que no es similar a la Tierra», dijo Olson. «Eso es, por supuesto, una gran área de investigación, y no creo que ya lo hayamos descifrado, pero el desequilibrio es potencialmente un avance particularmente poderoso».