Segunda Escuela de Posgrado Iberoamericana de Astrobiología: del Big Bang a las Civilizaciones

Vida en el Universo

Antonio Lazcano AraujoFacultad de Ciencias

Universidad Nacional Autónoma de MéxicoMEXICO

Montevideo 2009

Galileo Galilei Charles R. Darwin

• El nacimiento de la ciencia moderna

• La ciencia como un componente de la cultura

• El desarrollo de una visión secular de la Naturaleza

La biografía y la obra de Galileo Galilei hablan de

Donato Creti (circa 1700)

Galileo Galilei (1613) Istoria, e dimostrazione intorno alle Macchie Solari

Galielo Galilei (1610) Siderius Nuncius

Evolución del Sistema Solar Kant (1786)Laplace (1796)

Evolución biológica Lamarck (1809)Darwin (1859)

Evolución geológica Lyell (1830)

Termodinámica evolutiva Sadi Carnot (1824)Thomson (1851)

Origen y evolución de las lenguas Spencer (1857)

La poblaciones evolucionan (Malthus), los sistemas de producción evolucionan (Marx y Engels), origin y evolución de las religiones (Renan), etc.

Breve cronología de la idea de la evolución

Charles Darwin, on receipt of Dr. Hahn’s work, wrote to him: “… It seems to be very difficult to doubt that your photographs exhibit organic structure...” and furthermore: “... your discovery is certainly one of the most important”. Not content with the mere presentation of his work, Dr. Hahn visited the veteran zoologist and brought his preparations to him for inspection.

No sooner had Mr. Darwin peered through the microscope on one of the finest specimens when he started up from his seat and exclaimed: “Almighty God! what a wonderful discovery! Wonderful!” And after a pause of silent reflection he added: “Now reaches life down!” The latter remark no doubt refers to the proof furnished by Dr. Hahn’s discovery that organisms can reach our planet from celestial space. It is an acknowledgment of the relief Mr. Darwin must have felt in not being forced to a belief in a primeval “generatio equivoca”.

van Wyhe, 2009; Peretó, Bada & Lazcano, 2009

¿Cuándo apareció la vida en la Tierra?

3.54.04.5 3.0

registros fósilessuperficie terrestremuy caliente

La edad de la Tierra (en mil millones de años)

?

Origen heterótrofo de la vida

atmósfera reductora

síntesis de compuestos orgánicos yformación de la sopa primitiva

coacervados

heterótrofos primordiales

Algunas moléculas interestelares

H2 , OH, SiS, HCl, NaCl, KCl, CH, CH+, CN, CO, CS, C2

H2 O, H2 S, N2 H+, SO2 , HCO+, HCN, C2 H, C3 , C2 O, COS

NH3 , H2 CO, HNCO, H2 CS, C2 H2

SiH4 , HC3 N, H2 CN, CH4 , C5 , H2 C=C=O, HCOOH, HNCO

CH3 OH, CH3 CCN, HCONH2

CH3 COH, CH3 C2 H, CH3 NH2 , H2 CCHCN, HC5 N

HCOOCH3 , CH3 CH2 , (CH3 ) 2 O, HCN7 N

HC9 N, HC11 N

Sistemas planetarios extrasolares en formación

Lapis ex caelis: el meteorito Murchison (4.6 x 109 años de edad)

Australia, Septiembre 28, 1969

hidrocarburos aromáticos alcoholes (C1 -C4 )hidrocarburos alifáticos aldehídos (C2 -C4 )ácidos sulfónicos polioles (C2 -C4 )ácidos fosfónicos cetonas (C3 -C5 )

ácidos monocarboxílicos (C1 -C8 ) hidroxiácidos (C2 -C9 )ácidos dicarboxílicos (C2 -C5 ) aminas (C1 -C4 )aminoácidos diaminoácidos

piridinas ureaquinolinas purinaspolipirroles pirimidinas

Compuestos extraterrestres detectados en elmeteorito Murchison

C + 2H2 -> CH4

N2 + 3H2 -> NH3

O2 + 2H2 -> H2 O

S + H2 -> H2 S

CO2 + 6H2 -> CH4 + 2H2 O

El modelo de la atmósfera terrestre primitiva de Harold C. Urey

El experimento de Miller de 1953

Abiotic synthesis of amino acids

Miller, 1953

1953: Annus mirabilis

Watson & CrickModelo de la doble hélica del DNA

Sanger & ThompsonSecuenciación total de una proteína

S.L.Miller Síntesis prebiótica de compuestos orgánicos

5 HCN adenina

Joan Oró

5 HCN adenina

Joan d’ Oró

1.Aminoácidos via la síntesis de Strecker

2. Purinas de la polimerización del HCN

3. Pirimidinas de cianoacetileno y urea

4. Azúcares de la polimerización del HCOH

Síntesis prebióticas eficientes

¿Un origen extraterrestre de la sopa primitiva?

El meteorito Murchison Meteor Crater, Arizona

CO2 , CO, CH4 , N2 , H2 S, H2 O

CO2 , NH3 , H2 S, H2 O

Lazcano, Natural History (Feb/2006)

una variedad considerable de catalizadores(incluyendo oligopéptidos)

polímeros con secuencias de nucleobases

compuestos capaces de formar membranas

La evidencia experimental sugiere que antes del origen de la vida ya existían:

DNA

DNA RNA proteína

1. Almacenan información genética (como el DNA)

2. Catalizan reacciones químicas (como las proteínas)

Las moléculas de RNA

Durante las etapas tempranas de la evolución biológica el RNA jugó un papel más conspicuo en los procesos hereditarios y metabólicos

Woese (1967)

Orgel (1968) & Crick (1968)

RNA replicativo

RNA catalítico

La hipótesis del mundo del RNA

junto con aminoácidos, lípidos, azúcares, arcillas, cationes, metálicos, etc!

?

El mundo del RNA

Rasmussen (2000) Nature 405:677

Walsh & Lowe (1985) Nature 314:530

MICROFOSILES (?) DE LA ERA ARQUEANA

Schopf (1993) Science 260:530

Westfall et al (2001) Precamb Res 106:93

Pyrococcus furiosus

Methanococcus jannaschii

Deinococcus radiodurans

Halobacterium halobium

Microbios resistentes (y realmente muy resistentes…)

Sistema Solar exterior

El lecho seco de un delta marciano

Meteorito ALH 84001, de origen marciano

¿“Microfósiles” marcianos en el meteorito ALH 84001?

¿Y lo que sigue para Marte?Año de lanzamiento

MROMRO

Mars ExpressCoop

Mars ExpressCoop

OdysseyOdyssey

MERMER

2013 2016 2018 & Beyond20112009operational

MAVENMAVEN

ESA/ExoMarsCooperation

ESA/ExoMarsCooperation

PhoenixPhoenix

Mars Science LabMars Science Lab

Lander Mission X Lander

Mission X

The Era of Mars Sample Return? The Era of Mars Sample Return?

Under Review

La Gran Mancha Roja de Júpiter

Miller & Sagan, 1985

Khare & Sagan, 1990

¿Porqué se piensa que puede haber vidaen otras partes del Universo?

1. La vida en la Tierra no es resultado de una casualidad o de un milagro, sino de un proceso evolutivo natural;

2. La vida surgió rápidamente en nuestro planeta;

3. Los extremófilos sugieren que la vida puede florecer en otros ambientes planetarios (uhm…);

4. Las moléculas orgánicas que precedieron la aparición de los primeros seres vivos están ampliamente distribuídas en el Universo; y

5. Las estrellas de tipo solar y los sistemas planetarios son extraordinariamente abundantes en la Vía Láctea.

Sistemas planetarios extrasolares

Un sistema simple no es necesariamente primitivo

life

tornadoes

milk

droplets

membrane

bilayers

liposomes

and

micelles

viruses

fire

formose

reaction

Junta de Gobierno

SELF-ORGANIZATION

REPLICATION

AUTOPOIESIS

cyanobacteria

prions

swarming

capsidassembly

NATURAL SELECTIONpopulations

ofRNA molecules

Archaea

Eucarya

Bacteria

LCA

hot origin

of

life?

Catalonian

Spanish Rumanian

FrenchProvençal

Italian

LATIN

Catalonian

Spanish Rumanian

FrenchProvençal

Italian

ancient…but certainlynot primitive

Archaea

Eucarya

Bacteria

LCA

Hyperthermophiles are ancient, not primitive --as shown by the way they replicate, express and regulate their genetic information