La Tierra es el único planeta que conocemos que sustenta vida, por lo que resulta tentador utilizarla como estándar en la búsqueda de vida en otros lugares. Pero la Tierra moderna no puede servir como base para evaluar exoplanetas y su potencial para sustentar vida. La atmósfera de la Tierra ha cambiado radicalmente a lo largo de sus 4.500 millones de años.
Una mejor manera es determinar qué biomarcadores estaban presentes en la atmósfera de la Tierra en diferentes etapas de su evolución y juzgar otros planetas sobre esa base.
Eso es lo que hizo un grupo de investigadores del Reino Unido y Estados Unidos. Su investigación se titula "La Tierra primitiva como análogo de la biogeoquímica exoplanetaria" y aparece en el servidor de preimpresión arXiv. . La autora principal es Eva E. Stüeken, Ph.D. estudiante de la Facultad de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de St Andrews, Reino Unido.
Cuando la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, su atmósfera no se parecía en nada a la actual. En aquella época, la atmósfera y los océanos estaban anóxicos. Hace unos 2.400 millones de años, el oxígeno libre comenzó a acumularse en la atmósfera durante el Gran Evento de Oxigenación, uno de los períodos decisivos en la historia de la Tierra. Pero el oxígeno provino de la vida misma, lo que significa que la vida estaba presente cuando la atmósfera de la Tierra era muy diferente.
Este no es el único ejemplo de cómo la atmósfera de la Tierra ha cambiado a lo largo del tiempo geológico. Pero es instructivo y muestra por qué la búsqueda de vida significa más que simplemente buscar una atmósfera como la de la Tierra moderna. Si esa es la forma en que llevamos a cabo la búsqueda, nos perderíamos mundos donde la fotosíntesis aún no hubiera aparecido.
En su investigación, los autores señalan cómo la Tierra albergó una población rica y en evolución de microbios en diferentes condiciones atmosféricas durante miles de millones de años.
"Durante la mayor parte de este tiempo, la Tierra ha estado habitada por una biosfera puramente microbiana, aunque con una complejidad aparentemente creciente con el tiempo", escriben los autores. "Un rico registro de esta evolución geobiológica a lo largo de la mayor parte de la historia de la Tierra proporciona información sobre la detectabilidad remota de la vida microbiana en una variedad de condiciones planetarias".
No es sólo la vida la que ha cambiado con el tiempo. La tectónica de placas ha cambiado y es posible que haya sido una tectónica de "tapa estancada" durante mucho tiempo. En la tectónica de párpados estancados, las placas no se mueven horizontalmente. Esto puede tener consecuencias para la química atmosférica.
El punto principal es que la atmósfera de la Tierra no refleja la nebulosa solar en la que se formó el planeta. Múltiples procesos entrelazados han cambiado la atmósfera a lo largo del tiempo. La búsqueda de vida implica no sólo una mejor comprensión de estos procesos, sino también cómo identificar en qué etapa podrían encontrarse los exoplanetas.
Es axiomático que los procesos biológicos pueden tener un efecto dramático en las atmósferas planetarias. "En la Tierra moderna, la composición atmosférica está fuertemente controlada por la vida", escriben los investigadores. "Sin embargo, cualquier posible biofirma atmosférica debe separarse de un contexto de procesos abióticos (geológicos y astrofísicos) que también contribuyen a las atmósferas planetarias y que dominarían mundos sin vida y planetas con una biosfera muy pequeña".
Los autores describen lo que dicen son las lecciones más importantes que la Tierra primitiva puede enseñarnos sobre la búsqueda de vida.
La primera es que la Tierra ha tenido tres atmósferas diferentes a lo largo de su larga historia. El primero provino de la nebulosa solar y se perdió poco después de que se formara el planeta. Ésa es la atmósfera primaria. El segundo se formó a partir de la desgasificación del interior del planeta.
El tercero, la atmósfera moderna de la Tierra, es complejo. Es un acto de equilibrio que involucra vida, placas tectónicas, vulcanismo e incluso escape atmosférico. Una mejor comprensión de cómo la atmósfera de la Tierra ha cambiado con el tiempo permite a los investigadores comprender mejor lo que ven en las atmósferas de los exoplanetas.
La segunda es que cuanto más retrocedemos en el tiempo, más se altera o destruye el registro rocoso de la vida temprana de la Tierra. Nuestra mejor evidencia sugiere que la vida estuvo presente hace 3.500 millones de años, tal vez incluso hace 3.700 millones de años. Si ese es el caso, la primera vida pudo haber existido en un mundo cubierto de océanos, sin masas continentales y sólo islas volcánicas.
Si hubiera habido abundante actividad volcánica y geológica hace entre 3.500 y 3.700 millones de años, se habrían producido grandes flujos de CO2 y H2 . Dado que estos son sustratos para la metanogénesis, es posible que el metano haya sido abundante en la atmósfera y detectable.
La tercera lección que esbozan los autores es que un planeta puede albergar vida productora de oxígeno durante mucho tiempo antes de que se pueda detectar oxígeno en la atmósfera. Los científicos creen que la fotosíntesis oxigenada apareció en la Tierra a mediados del eón Arcaico. El Arcaico se extendió desde hace 4 mil millones a 2,5 mil millones de años, por lo que el Arcaico medio ocurrió hace alrededor de 3,25 mil millones de años. Pero el oxígeno no pudo acumularse en la atmósfera hasta el Gran Evento de Oxigenación, hace unos 2.400 millones de años.
El oxígeno es un poderoso biomarcador y, si se encuentra en la atmósfera de un exoplaneta, sería motivo de entusiasmo. Pero la vida en la Tierra existió durante mucho tiempo antes de que el oxígeno atmosférico fuera detectable.
La cuarta lección trata sobre la aparición de la tectónica de placas horizontales y su efecto sobre la química. "A partir del GOE, la Tierra tenía un aspecto tectónico similar al actual", escriben los autores. Los océanos probablemente estaban estratificados en una capa anóxica y una capa superficial oxigenada. Sin embargo, la actividad hidrotermal introdujo constantemente hierro ferroso en los océanos. Eso aumentó los niveles de sulfato en el agua de mar, lo que redujo el metano en la atmósfera. Sin ese metano, la biosfera de la Tierra habría sido mucho menos detectable.
"El planeta Tierra ha evolucionado en los últimos 4.500 millones de años desde un planeta completamente anóxico con posiblemente un régimen tectónico diferente al mundo oxigenado con tectónica de placas horizontales que conocemos hoy", explican los autores. Toda esa compleja evolución permitió que la vida apareciera y prosperara, pero también complica la detección de biosferas anteriores en exoplanetas.
Estamos en una gran desventaja en la búsqueda de vida en exoplanetas. Literalmente podemos excavar en la roca antigua de la Tierra para intentar desentrañar la larga historia de la vida en la Tierra y cómo evolucionó la atmósfera a lo largo de miles de millones de años. Cuando se trata de exoplanetas, lo único que tenemos son telescopios. Telescopios cada vez más potentes, pero telescopios al fin y al cabo. Mientras comenzamos a explorar nuestro propio sistema solar, especialmente Marte y las tentadoras lunas oceánicas que orbitan alrededor de los gigantes gaseosos, otros sistemas solares están fuera de nuestro alcance físico.
"En lugar de ello, debemos reconocer remotamente la presencia de biosferas alienígenas y caracterizar sus ciclos biogeoquímicos en espectros planetarios obtenidos con grandes telescopios terrestres y espaciales", escriben los autores. "Estos telescopios pueden investigar la composición atmosférica detectando características de absorción asociadas con gases específicos". Sondear los gases atmosféricos es nuestro enfoque más poderoso en este momento, como lo muestra el JWST.
Pero a medida que los científicos obtengan mejores herramientas, empezarán a ir más allá de la química atmosférica. "También podríamos ser capaces de reconocer características de la superficie a escala global, incluida la interacción de la luz con pigmentos fotosintéticos y el 'destello' que surge del reflejo especular de la luz por un océano líquido".
Comprender lo que estamos viendo en las atmósferas de los exoplanetas es paralelo a nuestra comprensión de la larga historia de la Tierra. La Tierra podría ser la clave para ampliar y acelerar nuestra búsqueda de vida.
"Desentrañar los detalles de la compleja historia biogeoquímica de la Tierra y su relación con señales espectrales observables remotamente es una consideración importante para el diseño de instrumentos y nuestra propia búsqueda de vida en el universo", escriben los autores.
Más información: Eva E. Stüeken et al, La Tierra primitiva como análogo de la biogeoquímica exoplanetaria, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.15432
Proporcionado por Universe Today
