- 1 - - 2 - - 3 - - 4 - Manuel Riveira Porta VIDA EXTRATERRESTRE Segunda edición Curso de Astrobiología Grupo de Astrobiología Agrupación Astronómica de Madrid Enero de 2017 Portada: Vía Láctea Fotografía de Antonio Sánchez Agrupación Astronómica de Madrid - 5 - - 6 - ÍNDICE Prólogo 13 1. Introducción 15 2. Desde el Big Bang hasta los elementos químicos 19 Origen del universo 19 Formación de las galaxias 20 Formación de las estrellas 22 Evolución de una nube molecular 23 Evolución de las «pequeñas» nubes moleculares, Teoría de Kant y Laplace (año 1796) 23 Objeción de Maxwell 26 Estrellas: fábricas de los elementos químicos 26 Supernovas: formación de los elementos más pesados que el hierro 29 Nubes moleculares 29 Origen de los elementos químicos: resumen 30 3. Formación de los sistemas planetarios 33 Estructura de los discos protoplanetarios 34 Formación y evolución de los gigantes gaseosos 35 Formación de los planetas rocosos o terrestres 36 Metalicidad 38 Migraciones planetarias 38 Evidencias de las migraciones planetarias 40 Particularidades del Sistema Solar 40 Bombardeo Intenso Tardío (BIT) 41 ¿Resonancias planetarias como causa del BIT? 42 Dataciones del Sistema Solar 42 Futuro del Sistema Solar 42 4. La Tierra: planeta “vivo” 47 ¿Cómo transcurre el tiempo? 47 Edades de la Tierra 48 La Tierra: su lugar en el Sistema Solar 50 Tierra «sólida». Estructura dinámica 50 Temperatura interior de la Tierra 50 Capas composicionales 51 Campo magnético terrestre 53 Tectónica de placas 54 Ciclo del carbono 57 Ciclo carbonatos-silicatos 58 Efecto invernadero 59 Regulación de la temperatura del planeta 60 - 7 - Historia evolutiva de la Tierra 60 Tierra sólida 61 Formaciones de hierro bandeado (BIF) 63 Súpercontinentes 64 Formación y fragmentación de Pangea 64 Grandes glaciaciones 65 Atmósfera 67 Historia del oxígeno 68 Atmósfera actual, capas 69 Funciones biológicas de la atmósfera 71 Hidrosfera 71 Origen del agua en la Tierra 71 5. Origen de la vida en la Tierra 77 ¿Qué es la vida?, ¿qué son los seres vivos? 77 ¿Estamos solos en el Universo? 78 ¿Origen de la vida: necesidad o azar? 78 ¿Cómo identificar la vida? 79 Biología básica 79 Agua líquida (H O) 80 2 Carbono (C) 80 Energía 81 Tiempo 81 Átomos y moléculas de los seres vivos 81 Bioelementos 82 Biomoléculas 82 Ácidos nucleícos 83 Proteínas 85 Glúcidos o azúcares 86 Lípidos 86 Quiralidad de aminoácidos y nucleótidos 87 Célula 87 Organismos unicelulares y pluricelulares 91 Síntesis proteica 91 Funciones básicas de los seres vivos 93 La materia viva elude la degradación hacia el equilibrio 97 Origen de la vida 99 Creacionismo 100 Generación espontánea (Aristóteles-Pasteur) 101 Hipótesis modernas (científicas), sobre el origen de la vida en la Tierra 102 Teoría Oparin-Haldane 103 Experimento de Miller y Urey 108 Joan Oró y las bases nitrogenadas 110 Restricciones geológicas al modelo clásico del origen de la vida 110 Entonces, ¿qué pudo suceder? 111 - 8 - Origen de la vida en el fondo del mar, en las chimeneas hidrotermales 111 Panspermia: origen extraterrestre de la vida 112 Química prebiótica 116 Primer replicante: «El mundo del ARN» 117 Acoplamiento membrana-metabolismo-replicación 120 Mundo ADN-ARN-Proteínas 121 Primeros seres vivos: ¿autótrofos o heterótrofos? 122 LUCA, el primer antepasado 122 6. Evolución de la vida en la Tierra 127 Herencia de los caracteres adquiridos 127 Evolución de las especies: Charles Darwin y Alfred Wallace 128 Contribuciones de C. Darwin y A. Wallace 128 Importancia de la selección natural 129 Mendel y la genética 130 Mutaciones: visión moderna de la evolución 131 Reproducción 133 Reproducción asexual. Mitosis 133 Reproducción sexual. Meiosis 133 Especiación y tasa de evolución 134 Evolución divergente, convergente y paralela 134 Pruebas de la evolución 135 Argumentos a favor de un único antepasado común “LUCA” 136 Evolución de la vida en la Tierra 136 El Hádico (4.600 a 4.000 Ma AP) 138 Arcaico (4.000 a 2.500 Ma AP) 138 Evolución de los procariotas (o procariontes): bacterias y arqueas 138 Primeros organismos (imaginados) 140 Fósiles más antiguos 140 Proterozoico (2.500 a 542 Ma AP) 141 Organismos eucariotas (o eucariontes) 142 Teoría de la Endosimbiosis Seriada, de Lynn Margulis 143 Modelo de Eugene V. Koomin 144 Modelo de Moreira y López García 144 Resumen de los modelos anteriores 144 Primeros organismos pluricelulares 145 Fauna ediacarana 146 Explosión cámbrica 146 Yacimiento chino de Chengjiang 147 Fauna de Burgess Shale 147 Las plasntas conquistan la tierra firme 148 Hongos 149 Anfibios 150 Vida en la era Mesozoica. Los reptiles 150 Los humanos 152 - 9 - Proceso evolutivo de los homininos 155 Sahelanthropus tchadensis 155 Orrorin tugenensis 156 Ardipithecus kadabba 157 Ardipithecus ramidus 157 Australopithecus anamensis 158 Australopithecus afarensis 159 Australopithecus africanus 159 Resumen de los cinco primeros millones de años de nuestra genealogía 160 Paranthropus aethiopicus 161 Paranthropus boisei 161 Paranthropus robustus 162 Homo habilis 162 Homo erectus 163 ¿Homo antecessor u Homo heidelbergensis? 164 Homo neanthertalensis 165 Homo sapiens 166 Extinciones masivas 168 Clasificación de los seres vivos. Árbol de la vida 170 Extremófilos. Nuevos hábitats 172 Vida en rocas profundas 175 7. Requisitos para la habitabilidad extraterrestre 181 Zona estelar habitable (ZH) 182 Estrella anfitriona adecuada 183 Luminosidad duradera 184 Luminosidad estable 186 Estrellas variables 186 Sistemas estelares unitarios, binarios y múltiples 186 Planeta telúrico y masivo 187 Órbita y rotación adecuadas 188 Excentricidad orbital 188 Inclinación del eje de rotación 189 Velocidad de rotación 189 Movimiento de precesión 189 Satélite grande 190 Planeta exterior grande 190 Zona Habitable galáctica 191 «Tierra rara» (RARE EARTH) 193 8. Exoplanetas: métodos de detección, resultados 195 Procesos y medios de detección de exoplanetas. Resultados 195 Método de la sincronización púlsar (SPU) 196 Método de la detección directa (DD) 197 - 10 -