Ejercicios: El origen de la vida

Describí cómo era la Tierra primitiva en la época en que surgió la vida: su atmósfera, sus océanos y su actividad geológica.

Observá el esquema del aparato con el que Miller y Urey realizaron su famoso experimento en 1953. Identificá qué representan las partes señaladas con ?1 a ?4 (la mezcla de gases, las descargas eléctricas, el agua en ebullición y la trampa de recolección), explicá qué condiciones de la Tierra primitiva simularon en el laboratorio y qué tipo de moléculas obtuvieron.

¿Qué es la astrobiología? Explicá qué estudia y por qué buscar vida fuera de la Tierra ayuda a entender el origen de la vida en nuestro planeta.

Durante siglos se creyó que los seres vivos podían surgir de la materia inerte: gusanos de la carne en descomposición o ratones de la ropa sucia. Describí en qué consistía la hipótesis de la generación espontánea y explicá cómo la refutaron experimentalmente Redi con sus frascos de carne, Spallanzani con los caldos hervidos y, sobre todo, Pasteur con sus matraces de cuello de cisne.

Las hipótesis actuales sobre el origen de la vida incluyen la síntesis química en la «sopa primigenia», la panspermia y las fuentes hidrotermales del fondo oceánico. Resumilas brevemente y, a continuación, ordená y explicá los pasos necesarios para pasar de moléculas sueltas a la primera célula: aparición de un material hereditario capaz de copiarse, formación de moléculas orgánicas complejas, aparición del metabolismo y formación de membranas.

¿Por qué la búsqueda de vida en otros mundos se centra tanto en encontrar agua líquida? Razoná qué propiedades del agua la hacen tan importante para los seres vivos.

Un vehículo de exploración en Marte fotografía una roca sedimentaria con estructuras laminares y abovedadas finamente estratificadas, visualmente idénticas a los estromatolitos terrestres de hace $3\,500$ millones de años.

1. a) Justificá por qué la presencia de láminas superpuestas no basta por sí sola para confirmar la existencia de vida pasada en Marte y qué análisis geoquímico o isotópico (por ejemplo, la relación entre $^{12}\text{C}$ y $^{13}\text{C}$) debería realizarse para aportar indicios a favor de un origen biológico frente a un proceso puramente inorgánico.
2. b) Explicá la relevancia biológica y ambiental que tuvieron las cianobacterias formadoras de estromatolitos en el cambio de la atmósfera y la precipitación de hierro en los océanos de la Tierra primitiva.

Hace unos $2\,400$ millones de años, la actividad de las cianobacterias desencadenó la «Gran Oxidación». Aunque hoy consideramos el oxígeno un gas indispensable, para la biosfera de aquel momento fue un evento catastrófico.

1. a) Justificá por qué el oxígeno libre ($O_2$) resultó letal para los microorganismos dominantes de la época y qué ventaja adaptativa clave obtuvieron los organismos que desarrollaron la respiración celular aerobia.
2. b) Explicá el mecanismo por el cual el incremento de $O_2$ reaccionó con el metano atmosférico ($CH_4$) y provocó una glaciación global casi total (glaciación Huroniana).
3. c) Deducí cómo la posterior formación de la capa de ozono ($O_3$) a partir de este oxígeno fue un factor determinante para la posterior colonización de la superficie continental por parte de los seres vivos.

Una agencia espacial planea una misión para detectar posibles formas de vida microbiana metabólicamente activa (no fósil) en el Sistema Solar y dispone de los siguientes datos sobre tres candidatos:

• Marte: Superficie sometida a intensa radiación ultravioleta y percloratos oxidantes. Presencia de picos estacionales de metano (CH₄) en la atmósfera y posibles acumulaciones de salmueras líquidas a kilómetros de profundidad.

• Europa: Océano salino global bajo una banquisa de hielo de 15 a 25 km de espesor, en contacto directo con un fondo rocoso sometido a fuerzas de marea por la gravedad de Júpiter.

• Encélado: Océano subsuperficial global que expulsa al espacio géiseres continuos a través de fracturas en el polo sur. En estas plumas se han medido vapor de agua, sales, macromoléculas orgánicas y dihidrógeno gaseoso (H₂).

Respondé razonadamente las siguientes cuestiones:

1. a) Tomando como modelo análogo los ecosistemas de las dorsales oceánicas terrestres, justificá por qué la detección conjunta de H₂ y agua en los géiseres de Encélado se considera una prueba indirecta clave de habitabilidad para microorganismos quimiosintéticos.
2. b) Compará las dificultades biológicas y de ingeniería para recolectar muestras viables en Europa frente a Encélado. Justificá cuál de los dos mundos ofrece una ventaja estratégica para una sonda que solo pueda realizar vuelos orbitales sin posarse en la superficie.
3. c) Si el róver que explora Marte detectase aminoácidos en el regolito superficial, explicá por qué este dato no confirmaría de forma concluyente la existencia de vida pasada o presente, y qué propiedad química (quiralidad) deberían analizar los científicos para obtener un indicio sólido, aunque no definitivo, de si su origen es biológico o puramente abiótico.

Reto del tema. ¿Podría repetirse la historia de la vida fuera de nuestro entorno? Convertite en astrobiólogo y elaborá un informe técnico razonado evaluando el potencial biológico de un exoplaneta real a partir del origen del cosmos y del sistema solar.

1. Obtención de datos reales: Accedé a la base oficial NASA Exoplanet Archive o al Planetary Habitability Laboratory. Seleccioná un exoplaneta rocoso confirmado (por ejemplo, TRAPPIST-1 e o TRAPPIST-1 f) y extraé sus datos: masa, radio relativo a la Tierra y distancia orbital ($d < 1,0\text{ UA}$), comparándolos con la Tierra ($1,0\text{ UA}$).

2. Rastreo cosmoquímico: Diseñá una tabla que conecte los bioelementos fundamentales ($H$, $C$, $O$, $N$, $P$) presentes en planetas rocosos con su origen físico: Big Bang o nucleosíntesis estelar previa al nacimiento de su sistema planetario.

3. Dictamen sobre el origen de la vida: Redactá una propuesta razonada (máximo $250$ palabras) argumentando si las condiciones de ese sistema permitirían una evolución prebiótica similar a la terrestre (atmósfera primitiva, fuentes hidrotermales y agua líquida).

Se valorará:

• Extracción rigurosa y comparación adecuada de datos astronómicos reales.

• Conexión coherente entre el origen cósmico de los elementos y los bioelementos.

• Justificación científica sólida sobre la viabilidad del origen de la vida en el exoplaneta.