Complicaciones para la vida en planetas de estrellas frías

Uno de los temas más relevantes de la ciencia es averiguar si existe o no vida en otros planetas. Estadísticamente hablando es muy improbable que no la haya, porque hay miles de millones de planetas ahí fuera, en el espacio-tiempo. Sin embargo, la verdadera cuestión no es si hay al menos uno, sino cual es la frecuencia de planetas en los que la vida puede desarrollarse.

Tradicionalmente se viene considerando que un planeta habitable es aquél que se encuentra en la llamada zona habitable de la estrella alrededor de la que orbita. Esta es una región en la que se considera que existe la temperatura adecuada para que haya agua líquida. Sin agua, líquida, la vida no es posible.
Una gran proporción de planetas habitables se cree que orbitan las estrellas más pequeñas y frías, las enanas rojas, ya que son las más numerosas del universo. Para hacernos una idea de su frecuencia, cincuenta de las sesenta estrellas más próximas al Sol son enanas rojas. Se estima que 3/4 de las estrellas de la Vía Láctea son enanas rojas. Estas estrellas poseen una masa que va desde 0,075 hasta unas 0,5 masas solares. Debido a su pequeña masa, estas estrellas tienen una baja luminosidad y sus zonas habitables e encuentran próximas a la estrella.

Estas estrellas podrían ser muy favorables para que se desarrollara vida alrededor de planetas rocosos que pudieran orbitarlas. Por ejemplo, todas las estrellas enanas rojas de menos de 0,35 masas solares se cree que son totalmente convectivas. Esto quiere decir que movimientos de convección hacen que el helio generado en el centro por fusión nuclear del hidrógeno se mezcle por convección por toda la estrella, lo que consigue que esta siga funcionando por billones de años y que además brille de manera muy estable por enormes periodos de tiempo. Debido a la corta edad del Universo para la edad que pueden alcanzar estas estrellas, todas se encuentran en los primeros momentos de sus vidas.

Así pues, de desarrollarse vida en un planeta que orbita la zona habitable de una enana roja, esta vida podría ser muy estale y, además, poder disfrutar no ya de miles de millones de años de evolución sino incluso con cientos de miles de millones de años en el futuro.

Sin embargo, además de agua líquida, el planeta debe poseer una atmósfera que le proteja de las inclemencias del tiempo espacial. En lo que respecta a la vida, estas inclemencias vienen dadas sobre todo en forma de radiación electromagnética ionizante, es decir, capaz de arrancar electrones de las moléculas y activarlas químicamente, lo que conlleva que estas sufran reacciones químicas que conducen a cambios estructurales en las mismas.

Pues bien, investigadores del Centre Goddard de la NASA realizan un estudio sobre la frecuencia y la intensidad de las emisiones de masa coronal de las enanas rojas. Estas emisiones son también propias del Sol y se caracterizan por eyecciones de plasma y de campos magnéticos desde la corona de la estrella que afectan al campo magnético de la Tierra y de los otros planetas. El Sol produce unas tres eyecciones de masa coronal al día, que afortunadamente no siempre alcanzan a la Tierra.
Los investigadores concluyen que las emisiones de masa coronal de las enanas rojas pueden tener efectos devastadores sobre las atmósferas de los planetas que las orbitan a la distancia que los coloca en la zona habitable, lo que podría hacer muy difícil la estabilidad y evolución de la vida sobre estos planetas. Damos más detalles en el programa.

Referencia:
Probability of CME impact on exoplanets orbiting M dwarfs and solar-like stars. Christina Kay, Merav Opher, and Marc Kornbleuth, the Astrophysical Journal https://arxiv.org/abs/1605.02683

Bolas gigantes de barro en el Sistema solar temprano.

¿Cómo surgieron los planetas terrestres? A pesar de los numerosos intentos por encontrar un modelo que justifique el nacimiento de los planetas en los principios del Sistema Solar, hasta ahora no se ha encontrado una solución definitiva. Una proposición interesante es la que publican en Science Advances, Philip A. Bland y Bryan J. Travis. Según estos investigadores, el origen de un planeta como la Tierra pudo ser una gigantesca bola de barro.

En la nebulosa solar primitiva, los asteroides primordiales se formaron a partir de la unión de polvo fino, cristales de hielo y pequeñísimas esferas, llamadas cóndrulos. Estos cóndrulos son componentes abundantes en ciertos tipos de meteoritos conocidos como condritas, meteoritos que, según se piensa, conservan los ingredientes esenciales de los primeros momentos de la formación del Sistema Solar.

La idea de cómo se formaron esos primeros cuerpos en la nebulosa solar podría ser esta: Las diminutas partículas de polvo dispersas en la nube, comienzan a aglomerarse lentamente hasta formar pequeñas bolas que, por gravedad, atraen a otras bolas, más polvo y cristales de hielo. El conjunto crece más y más formando un cuerpo de mayor volumen en el que comienzan a suceder otras cosas. Entre los elementos químicos que forman esta enorme bola porosa existen elementos radiactivos que van desintegrándose y liberando energía. La energía liberada eleva la temperatura del cuerpo hasta un punto en el que el hielo que forma parte de él comienza a fundirse generando agua líquida que impregna el interior del cuerpo, crea óxidos y minerales anhidros. Sin embargo, ese cuerpo no es roca propiamente dicha sino barro, una gigantesca bola de barro.

El artículo demuestra que, a medida que el cuerpo se va formando por acreción de muchos cóndrulos, se produce un movimiento de convección que va mezclando el contenido, la temperatura se modera y se reducen las diferencias en todo el objeto. Los resultados de esta fase coinciden con lo encontrado en ciertos tipos de condritas (CI y CM) así como en los espectros obtenidos de asteroides primitivos.

Así pues, la Tierra y el resto de los planetas rocosos pudieron comenzar así, como gigantescas bolas de barro.

Philip A. Bland and Bryan J. Travis. Giant convecting mud balls of the early solar system. Sci. Adv. 2017; 3 : e1602514. http://advances.sciencemag.org/content/3/7/e1602514
 

Caídas, frío y artritis.

La conquista del planeta por el Homo sapiens y su adaptación a una amplia variedad de diferentes entornos no ha sucedido sin dejar huellas en sus genes. Una de estas huellas ha sido recientemente revelada por investigadores de las universidades de Standford y Harvard, y supone la confirmación de una sorpresa. La conquista de las latitudes al norte de África, de donde procede el primer Homo sapiens, está asociada a la selección positiva de un gen que conduce a una menor estatura y a un mayor riesgo de artritis. ¿Cómo es posible que la selección de una variante génica que conduce aparentemente a una pérdida de competitividad reproductiva haya sido favorecida por la evolución?
El gen implicado es el llamado GDF5, Growth/Differentiation Factor 5. Este gen produce una proteína que es secretada al medio exterior, y funciona de manera similar a ciertas hormonas. En este caso, la proteína afecta al crecimiento de los huesos, aunque también afecta al desarrollo de los axones y dendritas de las neuronas.
Mutaciones en este gen están asociadas a enfermedades de los huesos, y no a enfermedades neurológicas. Una de estas enfermedades es la artritis, una enfermedad degenerativa que afecta a las articulaciones y que termina por deformarlas e impedir su movimiento. En este caso, cambios en dos letras en una región del gen inmediatamente anterior a la región que contiene la información para producir la proteína están asociadas con un incremento de 1,2 a 1,8 veces del riesgo de desarrollar artritis. Estas mutaciones no afectan a la estructura de la proteína, pero sí afectan al funcionamiento del gen, de modo que este produce menor cantidad de proteína de lo normal, lo que se traduce en un menor crecimiento de los huesos y en una menor estatura.
Aproximadamente la mitad de la población de origen europeo, y esto incluye a la mayoría de la población americana, y gran parte de la población asiática, posee esta variante mutada del gen. Aunque el incremento de riesgo de generar artritis no es muy grande, puesto que la variante del gen está presente en miles de millones de personas, el gen es responsable de que millones de personas sufran esta enfermedad en su madurez o en su vejez. Estas mutaciones están igualmente asociadas a una menor estatura.
Sin embargo, la frecuencia de población africana que posee esta mutación es muy baja. Esto indica que la mutación parece haber sido seleccionada de forma positiva en las poblaciones que abandonaron África. Si esto es así, es posible que otras mutaciones que afectan al funcionamiento del gen también hayan sido seleccionadas positivamente en las poblaciones europeas y asiáticas con respecto a la población africana. Esto es lo que encuentran ahora las nuevas investigaciones (2).
Referencia (2): Capellini TD et al. Ancient selection for derived alleles at a GDF5 enhancer influencing human growth and osteoarthritis risk. Nat Genet. 2017 Jul 3. doi: 10.1038/ng.3911.

La sexta extinción en masa de la Tierra está aquí.

Ya nadie lo duda, estamos inmersos en la sexta extinción en masa de la historia de la Tierra. Las anteriores fueron provocadas por cataclismos de diversa índole, entre ellas, erupciones volcánicas masivas, explosión de una supernova cercana, catástrofes climáticas provocadas por glaciaciones o choques de asteroides o cometas. Aquellos acontecimientos catastróficos borraron de la faz de la Tierra entre el 75 y el 96% de las especies, según los datos recopilados hasta ahora. La causa de la extinción actual es mucho más cercana a nosotros, de hecho, somos los culpables directos. La expansión desmesurada de la especie humana, especialmente durante los últimos cien años, está alterando los hábitats, sobreexplotando especies para su consumo, contaminando ambientes y favoreciendo la expansión de especies invasoras y enfermedades. Las consecuencias son terribles para muchas especies del planeta, muchas de las cuales están desapareciendo.

Ahora bien, ¿cómo podemos valorar la extinción en masa actual? Gerardo Ceballos del Instituto de Ecología de la Universidad Autónoma de México, junto a Paul Ehrlich de la Universidad de Stanford proponen una nueva fórmula: examinar la desaparición de las poblaciones en lugar de fijarnos en las especies. El razonamiento es fácil de entender. Cuando una especie desaparece de la faz de la Tierra es un evento único en el que muere el último individuo. Sin embargo, mucho antes de que ese último representante muriera, la especie tuvo poblaciones que ocuparon distintos territorios, unas poblaciones que fueron disminuyendo mucho antes de la extinción, una disminución que es, sin duda, un índice de la futura extinción antes de que la especie desapareciera.

Ceballos y Ehrlich han utilizado este punto de vista para evaluar la sexta extinción en masa. Para ello han estudiado una muestra de 27.600 especies de vertebrados y han llevado a cabo un análisis detallado de las extinciones de poblaciones entre 1900 y 2015. Los resultados son muy preocupantes, las poblaciones de al menos un 32% (8.851) de las especies de la muestra están disminuyendo. Los autores han prestado una atención especial a 177 especies de mamíferos (exceptuando la nuestra) y los resultados indican que todos han perdido más del 30% de sus rangos geográficos y más del 40 % han experimentado una pérdida de población que supera el 80% durante el último siglo.

Así pues, concluyen los autores, más allá de la desaparición de especies propiamente dicha, la Tierra está perdiendo poblaciónes de una forma masiva, una pérdida que tendrá negativas consecuencias en los ecosistemas, porque unas especies dependen de otras para su supervivencia. Se está produciendo una verdadera “aniquilación biológica” que potencia la idea de la sexta extinción en masa de la Tierra, un desastre cuyas consecuencias no nos van a dejar indemnes.

Referencia:

Ceballos et al. Biological annihilation via the ongoing sixth mass extinction signaled by vertebrate population losses and declines. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1704949114