Revista de Astrobiologia

 

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la aventura de la vida revista de astrobiología n.1 2011 entrevista javier gÓmez-elvira i astrobiologÍa universo y vida i departamentos del cab

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presentación contenidos la pregunta ¿hay vida en otros lugares del universo tenía hasta hace poco únicamente implicaciones filosóficas pero actualmente se está empezando a abordar desde otros campos de la ciencia precisamente la astrobiología aglutina todos los esfuerzos dirigidos a encontrar su respuesta tratando de entender cómo son los procesos por los que una nube de polvo interestelar llega a transformarse en un sistema planetario en el que alguno de sus cuerpos se desarrolla de tal forma que aparecen microorganismos que lo pueblan y evolucionan el reto de la astrobiología es fabuloso y embarcarse en esa misión es realmente una aventura la aventura de la vida la divulgación es una obligación que tiene la comunidad científica y tecnológica con la sociedad esta es una frase que desgraciadamente todavía no ha calado lo suficiente en nuestra comunidad quizás el problema esté en nuestra formación nadie nos ha enseñado a hacerlo y muchos no sabemos cómo se hace pero nuestra obligación es intentarlo porque es realmente una obligación para con la sociedad no cabe duda de que la divulgación en astrobiología es muy atractiva para el gran público por el interés del tema que aborda y porque su multidisciplinariedad atrae a curiosos de muchas áreas desde su creación de la mano de juan pérez-mercader el centro de astrobiología inta-csic ha considerado la divulgación como una de sus actividades básicas esta revista es un intento más en esa dirección con ella no sólo se quiere informar a la sociedad de sus actividades más relevantes sino que pretende ser un imán para atraer hacia la ciencia y la tecnología a todo aquel que sienta curiosidad y quiera satisfacerla 14 20 presentación divulgación en el cab staff entrevista con el director del cab astrobiología universo y vida instrumentos para buscar vida en otros mundos estrellas planetas y vida evolución de los planetas y sus atmósferas 2 3 4 6 10 14 20 26 32 d jaime denis zambrana director general del instituto nacional de técnica aeroespacial inta historia e inicio de la vida contraportada 2 nº1_2011

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la divulgación en el centro de astrobiología el centro de astrobiología cab es un centro mixto de investigación perteneciente al instituto nacional de técnica aeroespacial inta y al consejo superior de investigaciones científicas csic el cab se creó con el objetivo de proporcionar un verdadero ambiente científico de tipo transdisciplinar para el desarrollo de la astrobiología que aglutina diversas disciplinas científicas para estudiar el origen evolución y distribución de la vida en el universo actualmente más de 300 investigadores y técnicos desarrollan en el cab diferentes proyectos científicos tanto nacionales como internacionales dado el gran interés social de las cuestiones relacionadas con la astrobiología entre los objetivos del cab se hallan en particular · asegurar la transferencia de conocimiento entre diferentes disciplinas así como con el sector industrial · formar a una nueva generación de astrobiólogos · fomentar la extensión de la cultura científica en nuestro país la unidad de cultura científica del cab ucc-cab dependiente de la dirección del centro posibilita la interrelación entre los investigadores y el público en general de modo que la astrobiología sea una ciencia al alcance de la ciudadanía los objetivos generales de la ucc-cab son potenciar la divulgación de los avances científicos en el campo de la astrobiología optimizar las vías de comunicación internas y externas con las que cuenta el cab y posibilitar una interacción fluida entre la comunidad investigadora del cab y el gran público a través de estas amplias líneas de acción se pretende potenciar la función social de la investigación y la difusión del conocimiento haciendo así del cab un centro dinámico y en estrecho contacto con la sociedad y con los medios de comunicación haciendo accesibles las investigaciones y desarrollos tecnológicos más novedosos y los descubrimientos más recientes a la sociedad el cab ha trabajado desde su creación en el fomento de la cultura científica orientada hacia estos pilares integrando en la ucc-cab todas las actuaciones y políticas que tuvieran relación con la difusión del conocimiento las relaciones públicas la comunicación institucional el trabajo y la imagen del centro la edición de zoé revista de astrobiología es un ejemplo del compromiso del cab para seguir trabajando en la visibilidad social de la ciencia y la tecnología en general y de la astrobiología en particular se pretende que esta publicación sirva de vehículo para llevar al lector el esfuerzo y resultado investigador estimulando su curiosidad e interés por la ciencia y aumentando la valoración social de la investigación que se realiza en el cab como un elemento estratégico para el desarrollo social cultural y económico de la sociedad staff director luis cuesta crespo responsable de la ucc-cab coordinaciÓn editorial natalia ruiz zelmanovitch y juan Ángel vaquerizo gallego ucc-cab consejo editorial javier gómez-elvira director del cab josé cernicharo vicedirector del cab miguel mas hesse jefe del departamento de astrofísica josé antonio rodríguez manfredi jefe del departamento de instrumentación ricardo amils pibernat jefe del departamento de planetología y habitabilidad víctor parro jefe del departamento de evolución molecular diseÑo vicente aparisi proyecto gráfico y dirección de arte impresiÓn imprenta nacional del boletín oficial del estado depósito legal nipo 078-11-003-6 nipo en línea 078-11-004-1 centro de astrobiología inta-csic carretera de ajalvir km 4 28850 torrejón de ardoz madrid http cab.inta-csic.es e-mail divulgacion@cab.inta-csic.es zoé ­ revista de astrobiología es una publicación trimestral del centro de astrobiología inta-csic zoé ­ revista de astrobiología no se hace responsable de las opiniones de los autores de los artículos se autoriza la difusión de los contenidos de esta publicación previo permiso 3 cab.inta-csic.es

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personajes javier gómez-elvira director del centro de astrobiología nacido en madrid cursa estudios de ingeniería aeronáutica en la universidad politécnica de madrid upm alcanzando el grado de doctor ingeniero aeronáutico en 1991 su carrera profesional ha estado siempre ligada al instituto nacional de técnica aeroespacial inta primero en el departamento de materiales y estructuras y después en el centro de astrobiología cab en diciembre de 2001 es nombrado vicedirector y jefe del departamento de instrumentación del cab desde octubre de 2010 es director en funciones del centro su carrera profesional está ligada fundamentalmente al mundo del espacio ha participado en el desarrollo de antenas mecanismos e instrumentos para satélites de comunicaciones y en proyectos aeronáuticos relacionados con la certificación ya en el cab ha liderado el diseño de prototipos para la exploración del río tinto y el desarrollo de instrumentos para exploración espacial desde 2008 es el investigador principal del rover environmental monitoring station rems este instrumento el primero íntegramente desarrollado y construido en españa que viajará a otro planeta es una estación medioambiental que irá a bordo del rover curiosity de la nasa que será enviado a marte a finales de 2011 está en posesión de la cruz al mérito aeronáutico ¿cómo y cuándo nace el centro de astrobiología en julio de 1997 se creó el nasa astrobiology institute nai con sede en el nasa ames research center con el objetivo de fomentar los estudios astrobiológicos a través de la financiación de grupos de investigación en octubre de ese mismo año el nai abrió la primera convocatoria de proyectos uno de los grupos que presentó un proyecto de investigación estaba formado por científicos españoles y americanos liderados por el profesor juan pérez-mercader en 1998 fueron seleccionados los primeros once equipos investigadores entre los que se encontraba la propuesta española como la normativa que regula la investigación en la nasa impide la subvención a instituciones que no sean estadounidenses hubo que buscar una solución alternativa que permitiera albergar en el nai a los investigadores españoles así en 1999 se crea el centro de astrobiología cab como un centro de investigación asociado al nai la diferencia fundamental entre el cab y el resto de los grupos de investigación pertenecientes al nai está en que el cab está involucrado en los aspectos científicos pero no en los administrativos puesto que como decía antes no recibe ningún tipo de financiación por parte de nasa ¿qué preguntas pretende responder la investigación astrobiológica la astrobiología es una disciplina relativamente nueva que trata de estudiar el origen y evolución de la vida en el universo si fuésemos capaces de rebobinar la película de la vida en nuestro planeta podríamos observar cómo unos microorganismos que se formaron hace alrededor de 4.000 millones de años han ido evolucionando junto con el planeta agrupándose en organismos multicelulares y aumentado su complejidad hasta límites insospechados el homo sapiens es uno de los mejores ejemplos todo este proceso no hubiese podido tener lugar si la tierra no contase con unas condiciones especialmente adecuadas de temperatura presencia de agua líquida protección frente a la radiación exterior actividad geológica etc todos ellos elementos necesarios para que esos primeros microorganismos pudieran evolucionar pero la astrobiología trata no solo de encontrar el origen de la vida sino también de estudiar su evolución en los primeros millones de años tras la formación de la tierra se produjo un proceso aún sin aclarar en el que aparecieron los primeros replicadores complejas factorías bioquímicas capaces de autorreplicarse los replicadores representan la culminación del proceso de interacción entre todo el repertorio de elementos químicos y moléculas presentes en nuestro planeta en sus primeros miles de años previamente esas moléculas y elementos químicos constituyen a su vez el último paso del proceso de formación del sistema solar nuestro sistema planetario está formado por un conjunto de planetas rocosos y gaseosos en el que la tierra ocupa la posición adecuada respecto al sol para que se den las condiciones de temperatura radiación y actividad geológica así como las necesarias para la existencia de agua que permitan la aparición y evolución de la vida y remontándonos todavía más en el tiempo el contenido de las nubes de polvo a partir del cual se forman los sistemas planetarios es el resultado de las transformaciones de la materia que tienen lugar en el interior de las estrellas y de las reacciones químicas que se producen en el medio interestelar es este complejo camino que lleva desde el polvo interestelar hasta la vida en un planeta el que trata de explicar la astrobiología es un camino del que actualmente se conocen algunos tramos de otros se sabe que no llevan en la dirección deseada y otros se desconocen por completo ¿desde cuantos campos diferentes de la ciencia se aborda la astrobiología para encontrar el camino que mencionaba antes se necesitan aportaciones procedentes de campos muy diversos la astrofísica la biología la geología la física y la química son algunas de las ramas de la ciencia involucradas la ingeniería también juega un importante papel puesto que la participación en misiones espaciales es uno de los recursos básicos de los astrobiólogos la investigación en el centro de astrobiología está organizada en cuatro departamentos astrofísica 4 nº1_2011

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evolución molecular planetología y habitabilidad e instrumentación en el departamento de astrofísica se estudia el medio interestelar y circunestelar la formación y evolución de galaxias la formación y evolución de estrellas los objetos subestelares y los sistemas planetarios además de disponer del observatorio virtual para facilitar el uso de los datos obtenidos por las misiones espaciales en el departamento de evolución molecular se estudia la química prebiótica la evolución molecular y los mecanismos moleculares de adaptación biológica en el departamento de planetología y habitabilidad se estudia la evolución de los planetas y sus atmósferas y los ambientes extremos que existen en la tierra en el departamento de instrumentación se diseñan instrumentos para exploración tanto in situ como remota además de dar apoyo de ingeniería al desarrollo de instrumentos para misiones espaciales en esta última línea hay que poner de relieve el esfuerzo que se ha hecho en la construcción de cámaras de simulación para reproducir los procesos geoquímicos y geobiológicos que se pueden dar fuera de nuestro planeta hay una última línea de trabajo que cubre varios departamentos y que está enfocada al estudio de biomarcardores con elementos únicos de demostración de la existencia de vida z la astrofísica la biología la geología la física y la química son algunas de las ramas de la ciencia involucradas en los estudios astrobiológicos la ingeniería también juega un importante papel con el diseño y desarrollo de misiones espaciales 5 cab.inta-csic.es

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· crédito cab reportaje 6 no cabe duda de que existe vida en el universo pues todos los seres vivos que habitamos la tierra somos prueba de ello sin embargo por el momento somos el único ejemplo de vida que se conoce a la luz de esta evidencia la investigación biológica ha permitido ampliar enormemente nuestro conocimiento sobre la vida y los seres vivos terrestres pero quedan aún muchos e importantes interrogantes por responder para empezar desconocemos en qué consiste exactamente el concepto de estar vivo tampoco tenemos respuestas para determinar cómo apareció la vida en la tierra ni para explicar cómo evoluciona y se desarrolla si ampliamos la perspectiva no sabemos todavía si hay vida en otros lugares del universo y en caso de haberla cómo podríamos detectarla para terminar aún no hay respuesta al interrogante de cuál es el futuro de la vida en la tierra y en otros lugares la disciplina científica que busca responder a todas estas cuestiones trascendentales es la astrobiología astrobiología universo y vida nº1_2011

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recreación de la evolución del universo y la vida en la tierra desde el big bang hasta la actualidad origen y evolución de la vida dado que la tierra es el único lugar donde sabemos que existe vida sus características nos proporcionan un patrón para rastrear su posible existencia en otros lugares del universo la búsqueda de vida fuera de nuestro planeta comienza paradójicamente en la tierra desde un enfoque biológico los astrobiólogos se interesan por las formas tempranas de vida realizan un seguimiento de su evolución en la tierra y tratan de definir los límites para su supervivencia para saber cómo surge la vida en la tierra se debe desentrañar el proceso de organización de la materia hasta llegar a la aparición de los seres vivos una de las primeras teorías propuestas sobre el origen de la vida fue la de la generación espontánea ya defendida por aristóteles según la cual la vida se creaba a partir de materia inerte esta teoría también se denominó abiogénesis en oposición a la biogénesis que sitúa el origen de los seres vivos en otros seres vivos esta teoría fue finalmente refutada por el químico francés louis pasteur en la segunda mitad el s xix en la actualidad la transición de materia inerte a organismos vivos es explorada desde dos enfoques de abajo-arriba y de arriba-abajo el objetivo es comprender cómo se produce el paso de la química a la biología en el enfoque de abajo-arriba es decir del pasado al presente la vida se origina a partir de materia inanimada en un proceso de evolución química el resultado se denomina síntesis prebiótica término utilizado por el bioquímico ruso alexander oparin en su trabajo pionero de 1924 posteriormente el genetista británico john haldane propuso el mismo proceso de manera independiente el origen abiótico de los primeros organismos vivos por un proceso de evolución química que tuvo lugar en los océanos de la tierra primitiva este proceso fue reproducido en laboratorio por los estadounidenses stanley miller y harold urey en un famoso experimento realizado en 1953 el enfoque de arriba-abajo del presente al pasado propone el estudio genético de los organismos actuales para deducir las características de organismos ancestrales además se estudian las huellas que dejan de forma directa los organismos biológicos -sus restos o indirecta -en el entorno y a través de su actividad vital en el registro fósil para localizar y datar las formas de vida más antiguas en nuestro planeta en los años 80 del s xx las investigaciones genéticas permitieron demostrar que todos los seres vivos conocidos provienen de un único ancestro común la definición más aceptada actualmente de astrobiología es la de ciencia que estudia el origen evolución y distribución de la vida en el universo una definición tan amplia como esta da una idea de los múltiples y variados objetivos de los estudios astrobiológicos que aglutinan aspectos fundamentales de un gran número de disciplinas científicas tan dispares a primera vista como la astrofísica las ciencias planetarias y atmosféricas la geología la química la biología molecular y la biología evolutiva los diferentes puntos de vista y aproximaciones que aporta cada una de esas disciplinas se solapan entre sí haciendo que la astrobiología sea por tanto multidisciplinar las investigaciones astrobiológicas involucran a biólogos químicos astrofísicos geólogos matemáticos e ingenieros todos ellos trabajan coordinadamente para contribuir a un mayor entendimiento de los procesos y condiciones que llevaron a la aparición de la vida en el universo 7 cab.inta-csic.es

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reportaje 8 sabemos que la tierra se formó junto con el sol y el resto del sistema solar hace unos 4.500 millones de años se han encontrado restos fósiles de actividad biológica biomarcadores en rocas con una antigüedad de hasta 3.500 millones de años por lo que la vida podría haber surgido en la tierra hace entre 3.800 y 4.000 millones de años en los años 80 del s xx estas investigaciones demostraron que todos los seres vivos provienen de un único ancestro común este organismo se conoce como luca del inglés last universal common ancestor o último ancestro común universal y es la base del árbol genealógico de todos los organismos que pueblan o han poblado en el pasado la tierra es la base del árbol de la vida sabemos que vivió hace más de 3.500 millones de años y que era un microorganismo que ya llevaba a cabo aunque de forma rudimentaria o incipiente los mecanismos básicos de todo sistema vivo separación del entorno circundante metabolismo obtención de energía libre por parte de un organismo y autorreplicación las investigaciones actuales tratan de averiguar el proceso desde la evolución molecular hasta nuestro ancestro común es decir la búsqueda se centra en la conexión entre la química prebiótica y el primer organismo vivo el experimento de urey y miller sirvió para demostrar que la formación de las primeras biomoléculas simples pudo tener lugar bajo las condiciones de la tierra primitiva y como resultado de reacciones químicas sencillas sin embargo en la actualidad se sabe que la eficiencia de la síntesis prebiótica está íntimamente ligada a la composición de la atmósfera primitiva de la tierra que todavía no se conoce con exactitud a partir de los modelos de evolución estelar se sabe que en la época de la tierra primitiva el sol emitía aproximadamente un 70 de la energía actual y la temperatura media de la tierra estaba por debajo del punto de congelación del agua sin embargo como hemos comentado anteriormente hay constancia de la existencia de océanos y de vida desde hace aproximadamente 3.800 millones de años esta paradoja del sol débil se resuelve suponiendo una atmósfera con una concentración de dióxido de carbono mayor que la prevista este dióxido de carbono procedería tanto de las emanaciones gaseosas procedentes de la actividad volcánica como de la desgasificación de meteoritos y cometas que impactaron contra el planeta como resultado de ello se produciría en la tierra primitiva un efecto invernadero más pronunciado reteniendo el calor del sol y dando lugar a las condiciones necesarias para la síntesis prebiótica debido a las incertidumbres sobre las condiciones reinantes en la atmósfera de la tierra primitiva se planteó la posibilidad de que la síntesis prebiótica tuviera lugar en lugares más propicios en el universo como el espacio exterior y posteriormente las biomolécu las fueran transportadas a través de cometas y meteoritos hasta la tierra esta hipótesis se conoce como panspermia del griego pan en todas partes y sperma semilla o a veces también litopanspermia del griego litos piedra el hallazgo en 1969 de aminoácidos idénticos a los obtenidos en el experimento de urey y miller en el meteorito murchinson hallado en australia vino a apoyar esta idea la hipótesis de la panspermia fue enunciada por primera vez por el biólogo alemán hermann ritcher en 1865 pero fue a comienzos del s xx cuando el químico sueco svante arrhenius usó el término panspermia para explicar que el origen de la vida en la tierra se hallaba en el espacio exterior tal y como ya planteó el filósofo griego anaxágoras en el s v a.c los límites de la vida los astrobiólogos estudian la evolución de la vida tanto a nivel molecular como a nivel de organismos y ecosistemas para averiguar cómo ha evolucionado la biosfera terrestre con el planeta cuáles son los límites para la vida en función del medio ambiente circundante y la posible existencia de análogos de estas condiciones en otros lugares del universo se trata asimismo de establecer lo que puede considerarse como la firma de la vida en la tierra los denominados biotrazadores y su reconocimiento para confirmar si hay -o hubo alguna vez vida en otros lugares del sistema solar como por ejemplo marte o europa una de las lunas de júpiter los astrobiólogos comenzaron a estudiar entornos terrestres con condiciones extremas en los que a priori se creía imposible que la vida pudiera estar presente pero que podían ser considerados como análogos a algunos lugares del sistema solar como el planeta marte los microorganismos encontrados en estos entornos aparentemente hostiles denominados extremófilos han resultado ser más frecuentes de lo esperado siendo capaces de vivir en ambientes con altas temperaturas o presiones o incluso en lugares con altos niveles de acidez salinidad o radiación las investigaciones sobre extremófilos están ampliando enormemente nuestra comprensión de la naturaleza y los límites de la vida ¿cómo buscar vida en otros lugares del universo desde un enfoque astrofísico los astrobiólogos tratan de desentrañar la evolución química del universo estudiando la presencia de moléculas en el medio interestelar y circunestelar los espacios aparentemente vacíos que hay entre estrellas y galaxias y el contenido molecular en regiones de formación estelar el estudio de la química del universo la astroquímica pretende comprender la complejidad química observada en nuestro entorno estudiando cómo se forman moléculas como el agua el metano el amoníaco e incluso nº1_2011

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montaje del experimento de urey y miller en el laboratorio transdisciplinar del cab · crédito cab esquema del experimento de urey y miller · crédito modificado de evolution cold springs harbor laboratory press 2007 moléculas prebióticas en el medio interestelar también estudian la formación y evolución de estrellas y discos protoplanetarios incluyendo la formación de sistemas planetarios y la búsqueda y caracterización de planetas extrasolares potencialmente habitables actualmente se conocen cerca de 600 planetas extrasolares y esta cifra no deja de crecer día tras día gracias a los avances tecnológicos en materia de telescopios y de su instrumentación así como a las novedosas técnicas de observación utilizadas gracias a ello se han llegado a obtener imágenes directas de planetas orbitando alrededor de la estrella central y también han permitido detectar la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera de algunos planetas extrasolares además algunas misiones espaciales están dedicadas al descubrimiento y caracterización tanto de discos protoplanetarios herschel como de planetas extrasolares corot y kepler a través del estudio de los sistemas planetarios podemos averiguar las condiciones astronómicas y geofísicas que posibilitaron que la vida llegase a prosperar en la tierra las investigaciones pretenden averiguar cómo los sistemas planetarios desarrollan y mantienen las condiciones de habitabilidad necesarias para la existencia de vida se trata de establecer los rasgos morfológicos químicos y espectroscópicos característicos de la vida biotrazadores que puedan ser identificados tanto en muestras in situ como en la radiación electromagnética procedente de planetas extrasolares en el campo de las ciencias planetarias los astrobiólogos estudian la evolución y caracterización de ambientes habitables en el sistema solar con el fin de comprender los procesos planetarios subyacentes que los originan de este modo se pretende establecer la historia de los planetas del sistema solar y la relación que existe entre la geología la generación de atmósferas y la vida asimismo se estudia la influencia del sol joven en las atmósferas planetarias y la evolución de los climas en la tierra esto incluye el estudio de ambientes extremos y análogos de marte en nuestro planeta como ríotinto en huelva así como la exploración in situ de otros cuerpos del sistema solar como es el caso del planeta rojo el descubrimiento de hielo en marte así como las evidencias halladas de la existencia en el pasado de agua líquida en su superficie aumentan la posibilidad de encontrar restos de agua líquida en el subsuelo hoy por hoy se considera que el agua líquida es un principio esencial necesario aunque no suficiente para la aparición de la vida pues se trata del disolvente ideal para las reacciones bioquímicas y proporciona el caldo de cultivo para que las moléculas prebióticas se transformen en microorganismos biológicos pero marte no es el único objeto de estudio en nuestro vecindario solar en el marco de estas investigaciones el estudio de titán la luna de saturno mediante la sonda huygens ha permitido acceder a un entorno prebiótico donde el papel del agua lo realiza el metano y la posibilidad de explorar la luna europa de júpiter es un claro objetivo astrobiológico dado que bajo su espesa corteza de hielo es posible que haya una gran masa de agua líquida desde un enfoque tecnológico por último las investigaciones astrobiológicas tratan de determinar qué tecnología derivada de todos estos conocimientos es necesaria para dotar a las misiones planetarias de sensores capaces de detectar potenciales formas de vida la astrobiología es la ciencia que estudia el origen evolución y distribución de la vida en el universo la vida como consecuencia de la evolución del universo desde una perspectiva global podemos decir que la astrobiología pretende encontrar la relación entre la creación del universo y la aparición de la vida en él su objetivo último es estudiar y comprender el fenómeno de la vida considerándola como una parte integrante del universo pero ¿es la vida un fenómeno fortuito o es la consecuencia de la evolución del universo en otras palabras ¿el surgimiento de la vida en el universo es fruto del azar o de la necesidad aunque no obtengamos nunca respuesta a esta pregunta la astrobiología pretende fundamentar científicamente la idea de que el fenómeno de la vida no constituye un caso exclusivo de la tierra sino que la vida puede surgir en cualquier lugar del cosmos en el que se den las circunstancias adecuadas si nos atenemos estrictamente a las leyes que rigen el universo muchas de las circunstancias que posibilitaron la aparición de vida en la tierra pueden haber ocurrido pueden estar ocurriendo o podrán ocurrir en otros lugares es por ello que la exploración de dichas condiciones y la elaboración de modelos para explicar la transición desde la química orgánica del universo hasta la bioquímica de los seres vivos terrestres son las claves para dar con la ansiada respuesta z generación espontánea abiogénesis biogénesis síntesis prebiótica paradoja del sol débil panspermia litopanspermia extremófilos luca biotrazador discos protoplanetarios planetas extrasolares para saber más 9 cab.inta-csic.es

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reportaje · créditos nasa/jpl-caltech departamento de instrumentación en julio de 1976 la nave viking 1 alcanzó la superficie de marte constituyendo uno de los hitos más importantes de la exploración planetaria ella y su nave gemela la viking 2 que llegó al planeta rojo dos meses después transportaban un conjunto de instrumentos que fueron diseñados para recoger y enviar a la tierra datos sobre la atmósfera y sobre las características mecánicas y magnéticas del suelo con el objetivo de determinar si existía algún tipo de microorganismo en la superficie marciana hasta la fecha actual ha sido uno de los pocos instrumentos enviados al espacio con la misión de detectar vida fuera de nuestro planeta este proyecto fue posible gracias a la fructífera colaboración entre biólogos e ingenieros quienes han sido probablemente los precursores de los instrumentos desarrollados con posterioridad para la búsqueda de vida la viking fue la primera misión espacial con el objetivo de buscar vida fuera de nuestro planeta instrumentos para buscar vida en otros mundos actualmente el cab está desarrollando un instrumento heredero de viking se trata de un equipo que busca responder a la misma pregunta pero a través de un método diferente en nuestro caso se pretenden identificar moléculas de origen biológico en una muestra de suelo marciano hay muchas técnicas de laboratorio utilizables pero el cab cuenta con un grupo de biólogos con una larga experiencia en una de ellas las micromatrices de anticuerpos al igual que en la viking se formó un equipo de biólogos e ingenieros para poner en marcha el proyecto se hizo un primer prototipo con el que se demostró que el concepto era el adecuado y que era posible la detección a partir de una muestra de suelo de moléculas orgánicas a continuación se desarrolló un segundo prototipo completamente automatizado que fuese capaz de realizar los mismos ensayos del laboratorio pero en el campo bajo condiciones de polvo y 10 el proceso de desarrollo de un instrumento comienza cuando un grupo de investigadores plantea un objetivo científico a resolver en el caso de la misión viking el objetivo era responder a la pregunta ¿existe vida en marte el siguiente paso consiste en determinar el experimento o sensor que puede aportar la información necesaria para contestar esa pregunta para la misión viking se diseñaron una serie de experimentos enfocados a identificar una de las funcionalidades básicas de la vida el metabolismo la validez del concepto propuesto se demuestra a través de ensayos de laboratorio y posteriormente se diseñan y fabrican una serie de instrumentos cada vez más sofisticados capaces de soportar las condiciones extremas que se dan en toda misión espacial y de ejecutar de forma automática los experimentos diseñados nº1_2011

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· créditos nasa/jpl-caltech imagen general del msl en la imagen pequeña se ve a un operario ajustando uno de los sensores del rems en el mástil del msl temperaturas no controladas el siguiente paso ha sido preparar un modelo muy similar al que podría usarse en una misión de exploración planetaria para probarlo en condiciones ambientales adecuadas la exploración de marte después de la misión viking debido quizá a unos resultados poco alentadores la exploración planetaria se paró totalmente y no fue hasta principios de los años 90 cuando volvió a relanzarse con la misión pathfinder después se lanzó la pareja de vehículos de la misión mars exploration rovers que sigue operando actualmente ambas misiones no estaban dotadas de una instrumentación básica puesto que su objetivo primario fue el desarrollo de tecnología en los próximos años habrá dos misiones que explorarán marte in situ el mars science laboratory msl de nasa y la nave exomars de la agencia espacial europea esa el cab participa en ambas misiones contribuyendo con un instrumento en cada una la estación meteorológica rems en el msl y el espectrómetro raman en la exomars el msl es un proyecto dotado de una instrumentación mucho más sofisticada que la de sus pre el msl llevará a bordo el rems instrumento desarrollado en el cab y cuya misión es caracterizar la atmósfera marciana · créditos nasa/jpl-caltech decesores entre sus objetivos científicos se encuentra el estudio de la habitabilidad de marte y uno de los elementos que contribuyen a determinar esa condición ambiental es su atmósfera conocer las condiciones de presión humedad velocidad del viento temperatura del aire y del suelo radiación ultravioleta etc es clave para verificar si se dan condiciones favorables para la existencia de vida en marte en este caso el cab ha desarrollado un instrumento denominado rems rover environmental monitoring sta 11 cab.inta-csic.es

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reportaje · crédito:esa imagen artística del rover exomars en primer plano imagen del espectrómetro raman sobre el brazo robótico de prueba · crédito dicyt tion para medir estos parámetros forma parte del grupo de instrumentos que el msl llevará a marte y su objetivo científico es caracterizar la atmósfera marciana el procedimiento de desarrollo ha sido un poco diferente puesto que las técnicas de medida en meteorología son bien conocidas por lo que el esfuerzo fundamental en este caso ha sido su implementación a un instrumento siguiendo unas severas restricciones en cuanto a peso volumen y consumo así como a la necesidad de trabajar a temperaturas del orden de -150 ºc · el espectrómetro raman de la nave exomars ¿se dan condiciones de habitabilidad en el subsuelo de marte sabemos que en la superficie se dan condiciones bastante agresivas para el desarrollo de microorganismos fundamentalmente debido a los niveles de radiación ultravioleta que llegan a la superficie del planeta pero unos centímetros por debajo estas condiciones cambian y por tanto es muy importante conocerlas en este caso la forma de abordar el desarrollo de un instrumento vuelve a ser diferente a los casos anteriores al tener un gran desconocimiento del objetivo de exploración el primer paso es precisamente tratar de remediar esa falta de información para lo cual lo mejor es recoger la mayor cantidad posible de datos bajo esta premisa y en colaboración con el grupo de geólogos del cab se planteó la posibilidad de incluir en un instrumento el mayor número posible de las técnicas que se utilizan en su laboratorio el resultado ha sido un primer prototipo que incluye una cámara de video un sistema de toma de muestras líquidas y tres espectrómetros infrarrojo ultravioleta y raman este prototipo está en su fase de prueba en campo y ya ha viajado a la base española de la antártida y al desierto de atacama donde ha recogido sus primeros datos los espectrómetros ultravioleta e infrarrojo ya se han utilizado en diferentes misiones de exploración pero hay un tipo de espectrometría ampliamente utilizado en los laboratorios de geología y química que nunca ha formado parte de ninguna misión la espectrometría raman quizás la razón fundamental sea que a diferencia de las primeras que no requieren de ninguna fuente de excitación en la espectrometría raman es necesaria la utilización de un láser una tecnología con ciertos requisitos de estabilidad y consumo actualmente los desarrollos tecnológicos permiten incorporar esta técnica en un instrumento espacial por lo que un espectrómetro raman liderado por un investigador de la unidad asociada al cab de la universidad de valladolid forma ya parte de la instrumentación científica del rover exomars de la esa cámaras de simulación y de caracterización cámaras de simulación desgraciadamente el coste de desarrollo de una misión a marte júpiter o saturno es lo suficientemente elevado como para que no se lleven a cabo con la periodicidad que le gustaría a la comunidad científica muestra de ello es que hoy en día es necesaria lo cooperación de diferentes agencias espaciales para llevarlas a cabo por lo tanto la única forma de entender los fenómenos que tienen lugar en los planetas es simularlos a pequeña escala en cámaras especialmente diseñadas en la superficie de marte o tritón se dan temperaturas extremadamente bajas y a ellas llega fundamentalmente la radiación emitida por el sol la cámara de que se dispone actualmente denominada pasc puede generar la composición de gases que se desee al igual que unas condiciones de presión adecuadas igualmente se 12 nº1_2011

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· crédito cab · crédito cab cámara de simulación de atmósferas y superficies planetarias pasc planetary atmospheres and surfaces chamber puede simular irradiación ultravioleta y de partículas de baja energía esto permite simular fenómenos en la superficie marciana como por ejemplo la posibilidad de existencia de agua líquida en determinadas mezclas de agua y sal o estudiar las posibilidades que tiene una comunidad bacteriana de sobrevivir en una mezcla de minerales típica de la superficie de marte sometida a los ciclos extremos de temperatura a los niveles de radiación ultravioleta que se dan en ella una de las ventajas de este tipo de instalación es la posibilidad de acoplar instrumentación de laboratorio para monitorizar los cambios que se producen en la muestra de ensayo durante el experimento en nuestro caso se dispone de un espectrómetro infrarrojo que permite monitorizar los cambios mineralógicos otra de las cámaras existentes la hppsc es capaz de reproducir las condiciones de alta presión generadas en la corteza de europa la luna de júpiter se supone que su interior es un gran océano de agua líquida cubierto por una corteza de hielo de varias decenas de kilómetros de espesor dentro de esa capa de hielo y protegidos de la radiación ultravioleta por el propio hielo pueden darse condiciones de habitabilidad que es necesario experimentar en este caso los procesos que se dan en la cámara de ensayos se monitorizan a través de un espectrómetro raman las capacidades de simulación se pueden llevar más allá del estudio de los cuerpos del sistema solar y poder reproducir las condiciones que imperan en el medio interestelar que son fundamentalmente muy baja presión y altos niveles de radiación ultravioleta se ha construido una cámara denominada isac que reproduce estas condiciones pero en este caso se utiliza un espectrómetro infrarrojo que permite seguir las transformaciones que se producen en las partículas que forman parte de los experimentos que se llevan a cabo cámaras de caracterización la simulación de las condiciones planetarias también es necesaria para la calibración de los instrumentos que se van a utilizar en misiones de exploración no se trata de verificar su capacidad de soportar esas condiciones sino de analizar los datos que toman en condiciones controladas y utilizarlos como referencias para los da cámara se simulación de la atmósfera de marte marte mars simulation chamber instrumentos para trabajar a escala molecular además de la instrumentación para las misiones espaciales y para la simulación de ambientes planetarios y espaciales se ha desarrollado un equipo de laboratorio que por su singularidad es necesario mencionar se trata de un conjunto de instrumentos que permiten trabajar a escala molecular y así poder analizar los fenómenos que suceden en la superficie de minerales a ese nivel de resolución todos ellos tiene en común que deben trabajar en ultravacío y son los siguientes espectrómetro de fotoemisión de rayos x espectrómetro de fotoemisión de radiación ultravioleta microscopio de efecto túnel espectrómetro de electrones auger y difractómetro de electrones de baja energía tos que se tomen posteriormente en condiciones reales en el caso de marte se han construido dos cámaras una de ellas denominada marte sirve para verificar el sensor ultravioleta del instrumento rems y comprobar la influencia que tiene en sus lecturas la existencia de polvo en el ambiente bajo diferentes condiciones de iluminación la otra cámara sirve para medir la capacidad del sensor de viento del mismo instrumento rems en condiciones de baja presión y con una composición atmosférica lo más parecida a la del planeta aunque recientemente se ha lanzado la misión herschel ya se está estudiando una de sus posibles sucesoras el observatorio japonés spica con un espectrómetro para el infrarrojo lejano diseñado en europa uno de los elementos críticos de esta misión y que determinará sus capacidades son sus detectores de la radiación infrarroja una radiación extremadamente débil estos detectores están todavía en proceso de desarrollo y por tanto no están completamente caracterizados la contribución del departamento se realizará precisamente en ese área aumentando sus capacidades para el ensayo de elementos superconductores que tienen que trabajar a temperaturas de un pocos de cientos de milikelvin muy cerca del cero absoluto z cab.inta-csic.es misión viking espectrometría raman spica msl rems exomars para saber más 13

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reportaje departamento de astrofísica estrellas planetas y vida unos 20 minutos después del big bang el universo primitivo tenía una tabla de elementos químicos muy corta solo había cuatro o cinco casillas ocupadas por hidrógeno helio litio berilio y quizás boro hoy 13.700 millones de años después la tabla periódica es mucho más rica ¿de dónde viene el silicio de la arena de los desiertos y las playas ¿y el hierro y el cobre que cambiaron la historia de la humanidad ¿y el uranio que alimenta las centrales nucleares y desde el punto de vista de la biología ¿cómo y cuándo se formaron el carbono el nitrógeno el oxígeno el azufre el fósforo y todos los elementos químicos que componen los seres vivos aunque parezca sorprendente la vida está íntimamente ligada a los procesos físicos que ocurren en el interior de las estrellas 14 cuando el universo tenía una edad de aproximadamente 600 millones de años tuvo lugar la primera generación de estrellas y comenzaron a formarse las primeras galaxias esas estrellas eran muy diferentes a las que conocemos ahora porque su composición era muy simple de hecho estaban compuestas fundamentalmente de hidrógeno las partes centrales de esos objetos primitivos eran inmensos hornos donde el hidrógeno se transformaba en helio éste en carbono oxígeno y nitrógeno cadenas de complejas reacciones nucleares de fusión hicieron que su composición química fuera cambiando haciéndose más y más variada con la creación de nuevos elementos químicos el final de la vida nº1_2011

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· crédito cab curva de luz de la estrella tres-3 con un planeta en tránsito obtenida con el telescopio robótico del cab del observatorio de calar alto almería ¿qué sabemos y qué no sabemos tenemos teorías y modelos más o menos detallados de cómo se forman las estrellas y los sistemas planetarios pero estamos muy lejos de haber resuelto esos problemas en su totalidad el conocimiento acumulado por las diversas ramas de la astronomía es comparable a la percepción de un gran rompecabezas en el que muchas piezas están ya colocadas pero donde hay todavía enormes huecos el resultado final ­el conocimiento del universo sus leyes y sus componentes­ se puede a veces intuir otras simplemente atisbar y en otros casos estamos en la más profunda oscuridad podemos adivinar qué piezas faltan pero ignoramos sus detalles colores y formas además no podemos relajarnos y estar ajenos a sorpresas que cambien lo que ya creíamos bien establecido sabemos muchas cosas pero hay muchas más que desconocemos sabemos cómo son las nubes interestelares que están compuestas de gas en forma de átomos y de moléculas y de polvo que son muy frías poco densas si las comparamos con otros entornos pero estamos lejos de completar el inventario de sus propiedades y componentes se han descubierto muchas moléculas en el medio interestelar pero debido a las limitaciones de las observaciones a la opacidad de las nubes o a que no se ha podido acceder a todos los rangos relevantes del espectro electromagnético hay aún muchas preguntas por contestar el material más frío en forma de polvo es también un elemento bastante desconocido la química del medio interestelar modelada en muchos casos por la radiación de las estrellas en su vecindad también presenta muchas incógnitas sabemos cómo se forman las estrellas a partir de condensaciones en las nubes de gas interestelar causadas por ondas de choque u otras inestabilidades sabemos que las estrellas más frías y pequeñas forman un disco de gas y polvo a su alrededor pero no sabemos si ese es un mecanismo universal es decir si las estrellas masivas tam el telescopio robótico del cab situado en el observatorio astronómico hispano-alemán de calar alto almería está dedicado al estudio de planetas extrasolares de cada una de esas estrellas fue una tremenda explosión una supernova que arrojó al espacio interestelar gas enriquecido las nubes de gas contaminado mezcladas con otras de hidrógeno primordial dieron lugar a nuevas generaciones de estrellas una de ellas es nuestro sol en cuyo proceso de formación hace unos 5.000 millones de años se creó un sistema planetario en el que la tierra desplegó un abanico de condiciones adecuadas para que surgiera la vida los elementos químicos que se formaron en los hornos estelares anteriores a que el sistema solar fuera siquiera un proyecto son los que ahora componen todo lo que nos rodea vivo e inerte los elementos químicos que se formaron en los hornos estelares anteriores a que el sistema solar fuera siquiera un proyecto son los que ahora componen todo lo que nos rodea vivo e inerte 15 cab.inta-csic.es

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