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| Kepler-442b could have an atmosphere like ours (Ph03nix1986/Wikimedia Commons/CC-BY-04) |
Eficiencia de la fotosíntesis oxigénica en planetas similares a la Tierra en la zona habitable
La fotosíntesis oxigénica es el proceso bioquímico más importante en la biosfera terrestre y probablemente muy común en otros planetas terrestres habitables, dada la disponibilidad general de sus ingredientes químicos de entrada y de la luz como fuente de energía. Por lo tanto, es importante evaluar la posibilidad efectiva de la fotosíntesis oxigénica en planetas alrededor de estrellas en función de su tipo espectral y de la separación planeta-estrella. Nuestro objetivo es estimar el flujo de fotones, la exergía y la eficiencia exergética de la radiación en el rango de longitudes de onda útiles para la fotosíntesis oxigénica en función de la temperatura efectiva de la estrella anfitriona y de la separación planeta-estrella. Calculamos analíticamente estas cantidades y comparamos nuestros resultados con las estimaciones para la pequeña muestra de planetas conocidos similares a la Tierra. Encontramos que la exergía es una función creciente de la temperatura efectiva de la estrella, dentro del rango 2600-7200 K. Depende tanto de la separación estrella-planeta como de la temperatura efectiva de la estrella. Las biosferas de los exoplanetas que rodean a las estrellas frías podrían estar generalmente limitadas por la luz. Hasta ahora, no hemos observado planetas terrestres comparables a la Tierra en términos de flujo de fotones útiles, exergía y eficiencia exergética.
La vida tiene actualmente un tamaño de muestra de sólo uno. Sin un extraterrestre o dos que amplíen los límites de la biología, la historia evolutiva de la Tierra establece los límites sobre si podemos esperar que otros planetas engendren criaturas complejas como, bueno, nosotros.
Dado que muchas formas de vida tienen una gran deuda con el oxígeno de nuestra atmósfera, es natural mirar a otros planetas rodeados de una mezcla similar de gases en nuestra búsqueda de alienígenas. Pero un nuevo estudio sugiere que vamos a necesitar mucha paciencia.
Investigadores de la Universidad de Nápoles Federico II y del Observatorio Astronómico de Capodimonte del INAF, en Italia, estudiaron los niveles de luz que reciben 10 exoplanetas potencialmente habitables en torno a diferentes tipos de estrellas, y no encontraron ni una sola coincidencia con la atmósfera de la Tierra.
Basándonos en lo que hemos observado de los miles de planetas encontrados orbitando otras estrellas, la Tierra ya es miembro de un club relativamente exclusivo. Una vez excluidos los numerosos gigantes gaseosos, las bolas de roca tostadas y las supertierras congeladas, no hay muchos candidatos que puedan tener el tipo de bioquímica que conocemos.
Aun así, si incluso una pequeña fracción de miles de millones de estrellas tiene unos pocos cuerpos grandes dando vueltas lo suficientemente cerca como para permitir que el agua líquida se acumule en sus superficies, podríamos estar viendo cientos de millones de Jardines del Edén en nuestra galaxia.
Para cultivar incluso el más sencillo de los jardines -al menos según los estándares de la Tierra- se necesita una gran cantidad de luz solar. Y no sirve cualquier tipo de radiación solar. Para transformar el dióxido de carbono y el agua en glucosa y en esas moléculas de oxígeno tan útiles, se necesita una calidad de luz lo suficientemente energética como para generar reacciones, sin que las proteínas se rompan.
Dado que los exoplanetas en zonas habitables suelen recibir mucha luz solar y que la fotosíntesis oxigenada surgió en una época tan temprana de la historia de la Tierra, sería justo suponer que es un proceso bastante común entre las estrellas.
Para poner a prueba esta hipótesis, los investigadores midieron la luz que cae a través de diferentes superficies planetarias y la dispersión de las longitudes de onda que componen la radiación, y calcularon el nivel de "exergía", o la cantidad de trabajo que podría extraerse de la luz solar.
Ojalá más estrellas fueran tan bonitas como la nuestra.
La mayoría de ellas son enanas rojas, soles temperamentales capaces de azotar a sus planetas interiores con vientos furiosos que rápidamente les quitarían la atmósfera.
Suponiendo que hubiera planetas capaces de capear tales estallidos, los investigadores descubrieron que las temperaturas más frías de una enana roja seguirían siendo improbables para proporcionar una intensidad de las longitudes de onda adecuadas para activar la fotosíntesis.
"Dado que las enanas rojas son, con mucho, el tipo de estrella más común en nuestra galaxia, este resultado indica que las condiciones similares a las de la Tierra en otros planetas pueden ser mucho menos comunes de lo que esperamos", afirma Covone.
Las estrellas más brillantes serían mejores, ya que producirían mucha energía, pero no es probable que vivan los miles de millones de años necesarios para bombear el complejo de oxígeno que la vida en la Tierra necesita para ponerse en marcha.
En total, una estrella la mitad de brillante que nuestro Sol podría ver cómo se inicia la fotosíntesis, pero tendría dificultades para generar una biosfera compleja.
Entre los planetas utilizados como casos de estudio, precisamente ninguno sería capaz de alimentar la fotosíntesis lo suficiente como para inclinar una atmósfera repleta de dióxido de carbono en una dirección similar a la de la Tierra.
"Este estudio limita fuertemente el espacio de parámetros para la vida compleja, por lo que desgraciadamente parece que el "punto dulce" para albergar una biosfera rica similar a la de la Tierra no es tan amplio", dice Covone.
Uno de los planetas que conocemos se acerca bastante a ese punto dulce.
Kepler-442b orbita alrededor de una enana naranja con aproximadamente el 60% de la masa del Sol, a unos 1.200 años luz de distancia. Con aproximadamente el doble de masa que la Tierra y una rotación que le permite desprenderse del calor, parece hasta ahora un paraíso potencial.
La mayoría de las reacciones de fotosíntesis en la Tierra alcanzan un máximo de longitudes de onda de unos 700 nanómetros. Pero si algún tipo de musgo extraterrestre en Kepler-442b desarrollara una forma de absorber longitudes de onda ligeramente más largas, de unos 800 nanómetros, obtendría los beneficios de un 20 por ciento más de fotones.
A medida que ampliemos nuestra biblioteca de mundos conocidos, es posible que descubramos mejores candidatos a biosferas como la nuestra.
La evolución sigue sorprendiéndonos en nuestro propio planeta, así que sólo podemos imaginar los diversos tipos de ecosistemas posibles en el cosmos. Por lo que sabemos, las lunas de hielo quimiosintéticas podrían ser la mayoría. Tal vez haya variaciones de la fotosíntesis que no podemos comprender, dados los límites de nuestra experiencia en la Tierra.
Saber que somos inusuales no significa que estemos necesariamente solos. Pero según lo que estamos descubriendo, podemos tomarnos un momento para apreciar que nuestro sabor de vida es bastante especial.
Fuentes, creditos y referencias:
Más información
El nuevo trabajo aparece en, "Efficiency of the oxygenic photosynthesis on Earth-like planets in the habitable zone", G. Covone, R.M. Ienco, L. Cacciapuoti y L. Inno, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2021), en prensa (DOI: 10.1093/mnras/stab1357).
Este estudio se publicó en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. ScienceAlert