El tiempo espacial extremo y el origen de la vida

Un nuevo estudio publicado en la revista Nature Geoscience sugiere que el tiempo espacial extremo podría haber sido un ingrediente clave en la génesis de la vida en la Tierra.

Representación artística que representa las partículas energéticas solares de las súper-llamaradas al caer sobre la Tierra primitiva
Representación artística que representa las partículas energéticas solares de las súper-llamaradas al caer sobre la Tierra primitiva. Imagen de Vladimir Airapetian.

De acuerdo con Vladimir Airapetian del Centro de Vuelo Espacial Goddard, las erupciones solares intensas,  de hace 4 mil millones de años, alteraron la química de la atmósfera superior de la Tierra, creando gases de efecto invernadero para mantener el planeta caliente, así como generar las moléculas orgánicas importantes para las formas tempranas de la vida.

Si una tormenta solar de gran intensidad sacudiera la Tierra hoy en día podría acabar con nuestra tecnología y lanzarnos de nuevo a una edad oscura. Por suerte para nosotros, eventos como este son muy raros. Pero hace cuatro mil millones de años, el tiempo espacial extremo fue probablemente la norma. Y en lugar de traer el apocalipsis,  podría haber traído la vida primigenia.

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Esa es la sorprendente conclusión de la investigación publicada en la revista Nature Geoscience recientemente, que se basa en un descubrimiento anterior sobre estrellas jóvenes similares al Sol, hechas con el telescopio espacial Kepler de la NASA. Soles bebés, resultan que son extremadamente eruptivos, liberando cantidades alucinantes de energía durante las "súper-llamaradas".

Ahora, Vladimir Airapetian de la NASA ha demostrado que si nuestro Sol era igualmente activo hace 4 mil millones de años, podría haber hecho a la Tierra más habitable. De acuerdo con los modelos de Airapetian, mientras las súper-llamaradas golpeaban nuestra atmósfera, se iniciaron las reacciones químicas que produjeron los gases efecto invernadero y otras sustancias esenciales para la vida.

"La Tierra debería haber sido un congelador hace cuatro mil millones de años", dijo Airapetian, en referencia a la "paradoja joven del Sol débil" planteada por primera vez por Carl Sagan y George Mullen en 1972. La paradoja se produjo cuando Sagan y Mullen se dieron cuenta de que la Tierra tenía señales de agua líquida tan pronto como se formó  hace 4 mil millones de años, mientras que el Sol era sólo el 70 por ciento de brillante de cómo lo es hoy. "La única manera [para explicar esto] es incorporar de alguna manera un efecto invernadero", dijo Airapetian.

Otro rompecabezas de la Tierra primitiva es la forma en que las primeras moléculas biológicas, ADN, ARN y proteínas, con el nitrógeno suficiente,  pudieron formarse. Al igual que en la actualidad, la atmósfera de la antigua Tierra se compone principalmente de gas nitrógeno inerte (N2). Mientras que las bacterias especializadas llamadas "fijadoras de nitrógeno" finalmente descubrieron la manera de romper N2 y convertirlo en amoniaco (NH4), la biología temprana carecía de esta capacidad.

El nuevo estudio ofrece una solución elegante para ambos problemas en forma de tiempo espacial.

La investigación se inició hace varios años atrás, cuando Airapetian estaba estudiando la actividad magnética de las estrellas en la base de datos de Kepler de la NASA. Se descubrió que las estrellas de tipo G (estrellas como nuestro Sol) son como dinamita en su juventud,  frecuentemente liberan  pulsos de energía equivalente a más de 100 trillones de bombas atómicas. La tormenta solar más potente jamás experimentada por los seres humanos, el evento de Carrington  en 1859 que causó cortes de energía en todo el mundo, palidece en la comparación.

"Se trata de una increíble cantidad de energía. Casi no puedo comprenderlo por mí mismo, " dijo Ramsés Ramírez, un astrobiólogo de la Universidad de Cornell, quien no participó en el estudio, pero colabora con Airapetian.

Pronto se le ocurrió a Airapetian que podía utilizar este descubrimiento para mirar hacia atrás en la historia temprana de nuestro sistema solar. Calculó que hace 4 mil millones de años, nuestro Sol podría haber liberado decenas de súper llamaradas, unas cada pocas horas, con una o más llegando al campo magnético de la Tierra cada día. "Básicamente, la Tierra estaba bajo los ataques constantes de súper eventos de Carrington pero de gran tamaño", dijo.

Usando modelos numéricos, Airapetian mostró que las  súper-llamaradas solares serían lo suficientemente fuertes como para comprimir drásticamente la magnetosfera de la Tierra, el escudo magnético que rodea a nuestro planeta. No sólo eso, las partículas solares cargadas que caerían en un agujero limpio a través de la magnetosfera cerca de los polos de nuestro planeta, entrando en la atmósfera,  chocando con el nitrógeno, dióxido de carbono y el metano. "Así que ahora podían estas partículas interactuar con las moléculas de la atmósfera y creando una reacción en cadena de nuevas moléculas similares", dijo Airapetian.

Estas interacciones sol-atmósfera producen óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 300 veces  con el potencial de calentamiento atmosférico de CO2. Los modelos de Airapetian sugieren que con el óxido nitroso suficiente se podría haber calentado de manera espectacular el planeta. Otro producto de la tormenta solar sin fin, el cianuro de hidrógeno (HCN), podría haber fertilizado la superficie con el nitrógeno necesario para formar los bloques de construcción de la vida inicial.

"La gente ha mirado  a los rayos y la caída de meteoritos como formas de iniciar la química del nitrógeno", dijo Ramírez. "Creo que la cosa más original y fresca en este trabajo es que nadie había pensado en analizar las tormentas solares."

Serán  los biólogos los que determinen si la mezcla exacta de moléculas producidas a través de súper- llamaradas habrían sido suficientes como para impulsar la vida. Esa investigación ya está en marcha. Investigadores del Instituto de Ciencias de la Vida de la Tierra en Tokio y en otros lugares están utilizando modelos de Airapetian para diseñar nuevos experimentos que simulan las condiciones de la Tierra primitiva. Si estos experimentos pueden producir aminoácidos y bloques de RNA, aún quedaría un largo camino para apoyar a la idea de que el tiempo espacial ayudó al inicio de la vida.

Además de ayudar a reconstruir nuestra historia de origen, los modelos de Airapetian podría arrojar luz sobre la habitabilidad pasada de Marte, que parece también haber sido empañado hace cuatro mil millones de años a pesar de recibir menos radiación del joven Sol. El estudio también podría tener implicaciones para la vida más allá de nuestro sistema solar.

Estamos empezando a entender lo que constituye una "zona habitable" de una estrella donde podrían existir planetas con océanos de agua líquida. Sin embargo, la definición actual de zona habitable solo contiene factores en el brillo de la estrella madre. Con una información más detallada sobre la actividad explosiva de una estrella,  los investigadores podrían ser capaces de recoger más información sobre la química de las atmósferas de los exoplanetas, y el potencial de un fuerte efecto invernadero.

"En última instancia, esto nos informará si la energía de una estrella está disponible en una forma que puede crear la química para crear biomoléculas", dijo Airapetian. "Sin eso, sería un milagro para alcanzar la vida."

Fuente: NASA

Esta entrada se publicó en Noticias en 30 Ago 2016 por Francisco Martín León