Los orígenes del Sistema
Solar y otros mundos: la historia de la vida.
Viajes a través del
espacio y el tiempo.
La vida, algo que va más allá de la existencia
del ser humano y que en estos tiempos luchamos por preservar. No podemos
entender el presente sin conocer el origen y la historia del Universo. Aún no
tenemos todas las piezas del enorme rompecabezas de esa historia, y tampoco
estamos seguros de como encajarlas, y lo más probable es que nunca lleguemos a
resolver el misterio. Al fin y al cabo, solo somos unos pocos granos en las
arenas del tiempo de las que hablaba Carl Sagan.
La
revolución del estudio del Sistema Solar y de otros sistemas es relativamente
una historia reciente, iniciada a finales del siglo XX. Sólo podemos explorar
de manera tangible una región del Universo muy limitada, mediante sondas y
misiones espaciales, o gracias al estudio de los meteoritos recogidos en la
superficie terrestre y del material de nuestro propio planeta. Requeríamos de
tecnología muy sofisticada para poder enviar con éxito una misión a un cometa o
tomar muestras de la superficie de Marte. Apenas hemos explorado nuestro
Sistema Solar y, sin embargo, ya sabemos de la existencia de otros mundos a
través del estudio de la luz de dichos objetos. Hoy sería impensable realizar
una misión espacial en un exoplaneta. Las escalas de distancia y tiempo son
inasumibles con la tecnología que hemos sido capaces de desarrollar hasta el
día de hoy. Pero esa tecnología nos permite observar con mayor precisión
objetos tenues y lejanos, otros soles, otros planetas lejanos.
De
acuerdo con nuestras teorías y experimentos, el Universo tiene una edad cercana
a los 14000 millones de años. No tenemos explicación para todos los detalles de
esa formación, particularmente sobre el origen del Universo y sus instantes
iniciales, pero esa es otra historia. Vayamos unos 9000 millones de años hacia
adelante, aproximadamente, el momento en el que se estima que se formó el
Sistema Solar. Dicha edad aproximada se extrae del análisis de las rocas más
antiguas de La Tierra e incluso del material lunar mediante técnicas de
datación de radioisótopos. La teoría más aceptada indicaría que se formó a
partir del colapso de una nube interestelar formada por gas y polvo, tanto de
materia primordial como de materia de las primeras generaciones de estrellas,
de las que algunas ya habrían muerto y devuelto su materia y energía al medio.
Hoy podemos observar grandes nubes en el espacio que podrían tener
características similares a la que hubiera formado nuestro Sistema Solar, como
la nube de Orión. Grandes nubes de gas y polvo donde nacen nuevas estrellas,
algunas de las cuales, albergarán sistemas planetarios de distintos tipos,
incluso similares al nuestro.
Una
nube así conformada en el espacio, que cumpla unos requisitos de masa y tamaño,
y tras millones de años de evolución, acabaría formando una protoestrella con
un disco de gas y polvo. Con el tiempo y con las adecuadas condiciones físicas,
los planetas y otros objetos menores acabarían formándose en el disco. La
teoría más aceptada sobre la formación de discos protoplanetarios se basa en el
colapso gravitacional. Las partículas de gas y polvo que forman la nube se ven
atraídas entre sí por efecto de la gravedad, ayudadas inicialmente por una
perturbación, alguna onda de choque de la explosión de una supernova u otros
fenómenos a escala galáctica. La nube en colapso empezaría a tomar forma
esférica tras cierto tiempo, e iría ganando velocidad de rotación al disminuir
su tamaño, igual que lo hace un patinador rotando sobre sí mismo cuando pasa de
tener sus brazos extendidos a recogerlos sobre el cuerpo. Esa rotación hará que
en el ecuador (el plano perpendicular al eje de rotación que equidistaría del
polo norte y el sur de la nube) exista una aceleración que
contrarrestará el colapso en esa región. En los polos, sin embargo, continuará
el colapso sin otra fuerza que lo contrarreste, e iría achatándose por los
polos. Con el tiempo tendríamos una nube mucho más pequeña, con una gran
concentración de material en su centro y con una estructura alargada y aplanada
en su ecuador, un disco. En el centro, esa densa concentración de material irá
aumentando su temperatura hasta el punto en el que las reacciones de fusión del
hidrógeno, el elemento más abundante, pueden comenzar. Tendremos así una
protoestrella en el centro y a su alrededor un disco de acreción en rotación,
un disco protoplanetario.
A la izquierda, disco protoplanetario alrededor de la estrella HL Tauri, utilizando imágenes de los telescopios ALMA y Hubble. A la derecha, montaje para comparar el tamaño del Sistema Solar con HL Tauri.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Pasarán
todavía millones de años hasta que el polvo y el gas en el disco se agreguen
para formar planetas rocosos o los núcleos de gigantes gaseosos. Las partículas
de polvo colisionarán y en algunas colisiones quedarán pegadas y
progresivamente irán formando rocas, luego planetesimales y así irán formando
estructuras más grandes. En la última década, 2010-2020, hemos podido observar
con gran detalle algunos discos protoplanetarios, en los que se observan
secuencias de anillos a distintas distancias respecto de la estrella, con
anillos que contendrían material y otros que no. Creemos que éstas son pruebas
de las regiones donde se formarían los planetas y otros objetos menores. Las
colisiones entre los objetos en el sistema son muy importantes. Inicialmente la
comunidad científica creía que el proceso de colapso de la nube daba origen a
los planetas, sin embargo, fue el estudio de La Luna, cubierta de cráteres, el
que llevó a pensar en la teoría del crecimiento gradual en una época en la que
las colisiones entre rocas del disco protoplanetario debían ser muy
frecuentes. De hecho, se cree que la
Luna se formó a partir de la colisión entre la proto-Tierra y otro planeta que
podría haber tenido el tamaño de Marte. Además, las condiciones físicas en el
disco no son iguales dependiendo de la distancia a la estrella. Por esta razón
las características de los planetas que se formen serán distintas y esto
determinará si la vida, tal y como la conocemos, puede darse o no. Un planeta
que pueda albergar vida debe situarse en lo que llamamos zona de habitabilidad.
Una región situada a cierta distancia de la estrella donde un planeta rocoso
pueda tener agua.
¿Pero
cómo comenzó la vida? Recordaba al inicio las palabras de Carl Sagan sobre las
arenas del tiempo… granos de arena, que contienen sílice y otros elementos y
que nos recuerdan que somos polvo de estrellas. En todas las etapas de la
formación planetaria, existe una incesante actividad química, más rápida en
algunas circunstancias que en otras. La nube original estaría compuesta de
átomos de los elementos más abundantes (hidrógeno, helio, oxígeno, carbono…), y
de algunas moléculas simples en forma de gas o condensadas en granos de polvo.
Esas primeras moléculas se habrían formado por la recombinación de los átomos
en la nube, en un proceso muy lento, pues la densidad es relativamente baja.
Alguna de esas moléculas simples, como el hidrógeno molecular, requieren de la
presencia de los granos de polvo para formarse eficientemente. Estos granos
serán probablemente restos del material que una estrella dejó al morir. Así, la
química irá haciendo más complejo el material. Otras moléculas se irán formando
lentamente, unas directamente en la fase gas, otras sobre la superficie de los
granos de polvo, algunas recubrirán los granos en una especie de manto de
hielo. Cianuro de hidrógeno, formaldehído, vapor de agua, y otras moléculas
relativamente simples, estarán presentes en el disco protoplanetario, junto con
el material sólido en forma de granos que irán por agregación haciéndose más y
más grandes (granos compuestos de silicatos, carbono amorfo y muchas otras
especies). Aún habrá que formar moléculas más complejas como el metanol o el
acetonitrilo, y eso ocurrirá mediante reacciones inducidas por la propia
radiación de la estrella actuando sobre el material en el disco y los procesos
sobre la superficie de los granos. Se irá construyendo esa complejidad química
que sería necesaria para dar paso a la formación de moléculas prebióticas,
esencialmente aminoácidos y azúcares simples que permitirían construir especies
más complejas como las proteínas. Hasta la fecha, sólo hemos sido capaces de detectar
moléculas orgánicas complejas en el gas que se encuentra en las regiones de
formación estelar. Complejas porque tienen más de seis átomos, pero no claras
muestras de moléculas prebióticas tan complejas como los aminoácidos, con la
excepción de la glicina cuya detección o no detección en el medio interestelar
es tema de controversia y debe aún considerarse como no detectada. Sí se han
detectado aminoácidos en algunos meteoritos, como el meteorito de Murchison.
La
vida tardaría aproximadamente unos 500 millones de años más en aparecer desde
la formación de La Tierra, si bien esta cifra es muy incierta. Inicialmente no
era como la conocemos hoy. Necesitaría tiempo para formar la atmósfera mediante
colisiones con otros objetos que activaron el interior del planeta,
calentándolo y dándole actividad volcánica liberando así gases. Existen
evidencias de que los primeros organismos simples existían hace 3500 millones
de años, quizá antes, encontradas como fósiles en Australia y Sudáfrica y
también en los respiraderos de las profundidades oceánicas. ¿Qué ocurrió para
que se diera la vida en La Tierra con la química y energía disponible? Existen
diferentes teorías para tratar de responder esta pregunta. La teoría de
Oparin-Haldane, una de las primeras en aparecer, sostiene que la síntesis de
moléculas complejas debió darse en los océanos gracias a la radiación solar en
ausencia de oxígeno molecular para oxidarlas. Esta teoría de la “sopa”
prebiótica ha sido apoyada por los experimentos de Miller-Urey. La teoría de
los hiperciclos de Eigen, donde se producirían moléculas con capacidad de
replicarse de manera auto-catalítica, o la teoría de la formación en los
respiraderos hidrotermales, o la que apunta a que los primeros compuestos
orgánicos simples podrían haber llegado a La Tierra en meteoritos, son otras
posibilidades. No existen aún evidencias claras que nos permitan describir de
manera exacta como se dio este importante paso del origen de la vida. Debemos
seguir investigando estas cuestiones para conocer la historia, nuestra
historia.
Luis Velilla Prieto.
Doctor
en Ciencias Físicas.
Investigador
postdoctoral en la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia).
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