Hace tres mil millones de años, La Tierra era un lugar muy diferente. El sol que brillaba en sus océanos y continentes no era tan brillante como lo es hoy, y en lugar de la atmósfera rica en oxígeno que los humanos necesitan para sobrevivir, el metano jugó un papel mucho más importante en la capa de gas que cubría nuestro joven planeta. A pesar de sus diferencias, esta Tierra primitiva y la actual tienen algo importante en común:ambas podrían sustentar la vida.

Durante gran parte de su existencia, La Tierra ha sido habitada. Pero si los investigadores analizaran de forma remota la atmósfera de esa Tierra joven, podrían haber perdido la evidencia de por vida.

"La Tierra ha sido muchas cosas diferentes, "dice Timothy Lyons, profesor del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad de California, Orilla. "Es una historia notable que nuestro planeta haya mantenido su habitabilidad durante tanto tiempo".

Lyons encabeza el equipo de "Tierras alternativas" del Instituto de Astrobiología de la NASA, en el que los investigadores están caracterizando la Tierra durante diferentes etapas de su existencia de 4.500 millones de años.

"Estamos mirando el pasado de la Tierra para refinar nuestra capacidad de buscar biofirmas [las huellas químicas de la vida] más allá de nuestro planeta y Sistema Solar, ", dice." Son los planetas extrasolares los que más nos interesan ".

En la actualidad, hay más de 4, 000 exoplanetas conocidos y miles más en espera de confirmación. Los científicos están desarrollando métodos remotos para ver si esos planetas son potencialmente habitables y tal vez incluso habitados. Lo más probable es que las firmas de cualquier vida distante se encuentren en los gases que pertenecen a la atmósfera de un exoplaneta.

La Tierra cambiante

Si bien la Tierra es el único lugar del Universo que se sabe que alberga vida, hay muchas otras anteriores, versiones alternativas de nuestro planeta de origen, como fue cambiando a lo largo del tiempo, lo que también permitió que la vida sobreviviera y prosperara.

"Durante más de cuatro mil millones de años, La tierra ha tenido océanos y hemos tenido vida la mayor parte de ese tiempo, sin embargo, la Tierra ha cambiado tan profundamente a lo largo de su historia, "dice Lyons.

A través del programa de investigación de Tierras Alternativas, el equipo es capaz de "tomar este conocimiento recopilado de los diferentes estados de nuestro planeta habitable y habitado y extender este conocimiento más alto, literalmente, a la atmósfera de un planeta distante".

Combinando datos de la geología, química, y biología de los continentes de la Tierra, océanos y atmósferas de diferentes períodos de tiempo, El equipo de Tierras Alternativas está modelando cómo se verían las atmósferas de estas Tierras primitivas basadas en en parte, sobre las relaciones con la vida en los océanos subyacentes. Esta capacidad de modelar atmósferas antiguas y extender las lecciones aprendidas a atmósferas alrededor de planetas distantes es vital para la búsqueda de planetas potencialmente habitables más allá de nuestro Sistema Solar.

"La Tierra ya nos ha enseñado muchas lecciones diferentes, ", Dice Lyons." [Nuestra investigación] no busca otra Tierra per se. Se trata más de buscar las diferentes piezas de lo que es ser un planeta que puede sustentar la vida. Una vez que sepa lo que hacen esos procesos en un planeta como la Tierra, puedes ensamblarlos en otros innumerables escenarios planetarios que pueden o no ser capaces de hacer lo mismo ".

Específicamente, el equipo está investigando tres Tierras antiguas diferentes mediante la recopilación de datos de rocas para crear una imagen de la geología, química, y biología del planeta en esos momentos. Los capítulos de especial interés abarcan desde hace 3.200 a 2.400 millones de años, cuando las primeras formas de vida comenzaron a liberar oxígeno a la atmósfera a través de la fotosíntesis; 2.4 a 2.000 millones de años, cuando ocurrió el "Gran Evento de Oxidación" y el oxígeno inundó la atmósfera y los océanos de la Tierra; y hace entre 2000 y 500 millones de años, cuando la vida se hizo cada vez más compleja, preparando el escenario para los organismos que evolucionarían para convertirse en las criaturas que habitan la Tierra hoy.

"Comprender la evolución de nuestro propio planeta, incluyendo etapas de notable estabilidad, así como episodios de agitación, es un primer paso esencial para comprender la diversidad de planetas habitables y la vida que podemos encontrar en el Universo, "dice la miembro del equipo Stephanie Olson de la Universidad de Chicago. Olson se especializa en la interacción entre el océano y la atmósfera de la Tierra primitiva.

Planos de habitabilidad

Los investigadores también pueden modificar sus modelos planetarios para crear un número infinito de planos de exoplanetas posiblemente habitables. Por ejemplo, pueden usar modelos que pueden acelerar la rotación del planeta, ajustar la inclinación de su eje, poner todos los continentes en un hemisferio (o eliminarlos por completo), o permitir que un lado del planeta mire continuamente a su estrella. Los continentes son un componente integral de la habitabilidad de los océanos. A través de la erosión de las superficies terrestres, los nutrientes entran en los océanos para nutrir la vida dentro de ellos, y las posiciones y elevaciones de estas masas terrestres alteran la forma en que estos nutrientes se mueven hacia y a través de los océanos.

"Estos factores también influyen en la comunicación entre el océano y la atmósfera, y así la detectabilidad de la vida en el océano, "Dice Olson." Comprender cómo los parámetros planetarios influyen en la actividad biológica y la conectividad océano-atmósfera puede ayudar a identificar los objetivos más prometedores para la detección de vida en exoplanetas que serán menos vulnerables a los falsos negativos de biofirma ".

La posibilidad de falsos negativos, cuando en realidad hay vida en un exoplaneta pero las firmas de esa vida escapan a la detección, fascina al equipo de Alternative Earths.

En un artículo de 2017 dirigido por Chris Reinhard en Georgia Tech, El equipo de Tierras Alternativas señaló el peligro de falsos negativos en la búsqueda de planetas habitables. La presencia de metano y oxígeno en una atmósfera se ha considerado un patrón de oro en la búsqueda de vida distante. Estos dos gases no deben coexistir en cantidades apreciables, ya que reaccionan rápidamente entre sí, pero los organismos vivos pueden reponerlos constantemente en la atmósfera, permitiendo que este desequilibrio persista.

Sin embargo, si los investigadores estuvieran mirando a la Tierra primitiva en la mayoría de los casos, si no todos, de su historia, es posible que no hayan podido detectar tanto el metano como el oxígeno en la atmósfera antigua, a pesar de que la vida estuvo presente durante gran parte de ese tiempo.

"[Detectar] metano atmosférico habría sido problemático durante la mayor parte de los últimos ~ 2500 millones de años de la historia de la Tierra, "Reinhard y sus colegas escriben. Para mundos rocosos con océanos, como la Tierra, estos gases podrían reciclarse dentro de los océanos, en lugar de ser detectable en la atmósfera. Esta posibilidad implica que "los planetas más propicios para el desarrollo y mantenimiento de una biosfera omnipresente, como aquellos con continentes erosionados y vastos océanos, a menudo será un desafío caracterizar utilizando biofirmas atmosféricas convencionales, " escriben.

Adicionalmente, incluso si están presentes tanto oxígeno como metano, no son necesariamente productos de la vida.

El oxígeno puede ser el resultado de la fotosíntesis, y los microbios producen metano, pero también pueden formarse mediante procesos fotoquímicos y geológicos. De hecho, el Instituto de Astrobiología de la NASA tiene un equipo que investiga la producción de metano a través de reacciones geológicas en lugar de biológicas.

"Los productos de esas reacciones podrían sustentar la vida en un mundo oceánico, pero los gases mismos pueden no tener nada que ver con la vida, ", Dice Lyons." No se puede evaluar lo que significan los gases sin un contexto riguroso ".

"Normalmente consideramos la habitabilidad como algo binario:un planeta puede albergar vida o no, pero es probable que exista un espectro de habitabilidad, "agrega Olson.

Un proxy para el oxígeno

Los investigadores dentro del equipo de Tierras Alternativas están combinando lo que saben de los diferentes estados de nuestro planeta y usando sus datos y simulaciones por computadora asociadas para generar ejemplos de qué huellas dactilares químicas, o espectros sintéticos, los científicos deberían buscar alrededor de exoplanetas.

Lyons señala que el ozono y la estacionalidad son particularmente importantes en la búsqueda de vida en otros planetas.

"Somos grandes admiradores del ozono [O ₃ ] porque puede detectarse más fácilmente mediante técnicas espectroscópicas que el oxígeno [molecular] [O ₂ ] ", dice." Queremos buscar el ozono y su variabilidad temporal como un sustituto de O ₂ y su estacionalidad ".

El descubrimiento de posibles falsos negativos utilizando métodos tradicionales de detección de vida ha llevado al equipo a pensar en signos de vida nuevos y quizás incluso más sólidos. "Esa ha sido la parte más divertida, "dice Lyons.

Mientras que O ₂ puede haber sido difícil de detectar de forma remota desde la Tierra joven, ozono, que se forma a partir de O ₂ , puede que no lo haya sido. Este es solo un ejemplo de las muchas formas en que la historia de la Tierra informa nuestra elección de posibles objetivos exoplanetarios para la detección de vida.

Sin embargo, si los astrobiólogos quieren poder buscar ozono en exoplanetas, necesitan presionar para que estos experimentos se incluyan en misiones futuras.

"Solo estamos empezando a obtener datos de otros planetas, ", Dice Lyons." Para adquirir los datos correctos de estos planetas en el futuro, tenemos que empezar a planificar ahora ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de la revista Astrobiology Magazine de la NASA. Explore la Tierra y más allá en www.astrobio.net.