Beyond the solar system there is life of some kind. It exists, experts agree, on at least a small minority of Earthlike planets that circle stars as close as a hundred light-years to the Sun. Direct evidence of its presence, whether positive or negative, may come soon, perhaps within a decade or two.
Edward O. Wilson, 2014 (1)
Poza Azul, Cuatro Ciénegas, Coahuila.
Taking into account only our galaxy—the Milky Way—there are thousands of planets orbiting stars. Many are similar to Earth and are at the right distance from their suns to be able to host life, if they have water, which is quite likely given the abundance of this molecule in universe—see previous posts on the subject of water— (2). How could that life be?
On Earth, since its formation, there have been global environments very different from the one we know today. Even now we continue to discover new present or past environments, with evidence of life-forms previously unknown to us, which surprises us to the point of considering them hard to believe—in other words, other worlds. Aliens are already here. They have always been among us.
We know around a million different species, but there must be many more (3). Some estimates indicate that the actual number of animal species would range from three million to ten million (4), but those estimates possibly fall short. The number of plant species may be even greater. We know that Earth’s biosphere may extend from up to 15 km—9.3 miles—in the atmosphere to as deep as 15 km below the planet’s surface (5,6).
In addition to microbes, plants, and animals we are familiar with, there are numerous species that not only survive but are happy to thrive in environments that, in principle, may seem absolutely uninhabitable to our species. We call these species extremophiles, because they live in conditions that appear extreme to us. These places delight astrobiologists, the scientists who research life in the universe, as models of environments that might be found in other planets.
The first extremophile identified, in 1972, was an archaeon, Solfolobus solfataricus, that lives at 85 ºC and at pHs ranging from 1 to 5 in the geysers of Yellowstone, U.S. (7). Underground anaerobic microbes feed on minerals or radioactive substances. A radioactive element’s half-life is the period of time in which its mass decays to half of its initial mass. In the case of uranium, all isotopic forms are radioactive. The particular isotope uranium-238 has a half-life of 4.5 billion years, practically the same length of time as the formation of Earth to the present (about 4.56 billion years); consequently, this isotope has always been available to living organisms as a source of energy (7-9). Microbes older than 100 million years were extracted from under the seabed alive and ready to reproduce (10,11). We have also seen that, at the other extreme, microbes can be found at very high altitude in the atmosphere (12).
But it is not necessary to take a journey to the center of Earth or spend five weeks in a balloon to find extremophiles—organisms living under extreme conditions. In the desert of Chihuahua in the state of Coahuila, Mexico, there are more than three hundred Pozas Azules ponds, in the area of Cuatro Ciénegas (see picture above). As their name suggests, the pools are turquoise blue, and their composition is very similar to that of Earth’s original oceans roughly 4.0 billion years ago. These ponds, isolated by desert land, are full of life, with a variety of different microbes and stromatolite formations made by living bacteria. Each pool has particularities in terms of chemical and biological composition, including the presence of characteristic viruses, that are different from other pools. But the Pozas Azules pools are not just home to microbes but also to fish, snails, and even a species of aquatic turtle —Terrapene coahuila— (13).
Pozas Azules is one of the places with the greatest biodiversity on our planet, where thousands of species of archaea were found. In stromatolites of Pozas Azules II—just one of the Pozas Azules—more than 50,000 different species were identified. Some of the organisms have lipids in their cell membranes in which the scarce phosphorus component has been replaced by sulfur. Many of these microbes are similar to those found in submarine hydrothermal vents rich in sulfur (13).
More about alien life in future posts.
Versión en español:
Más allá del sistema solar hay vida de algún tipo. Existe, coinciden los expertos, en al menos una pequeña minoría de planetas similares a la Tierra que rodean estrellas a tan sólo cien años luz del Sol. La evidencia directa de su presencia, ya sea positiva o negativa, puede llegar pronto, tal vez dentro de una década o dos.
Edward O. Wilson, 2014 (1)
Poza Azul, Cuatro Ciénegas, Coahuila.
Tomando en cuenta sólo nuestra galaxia, la Vía Láctea, hay miles de planetas orbitando estrellas. Muchos son similares a la Tierra y están a la distancia adecuada de sus soles para poder albergar vida, si tienen agua, lo cual es bastante probable dada la abundancia de esta molécula en el universo –ver publicaciones previas sobre el agua- (2). ¿Cómo podría ser esa vida?
En la Tierra, desde su formación, ha habido ambientes muy diferentes al que conocemos hoy en día. Incluso ahora seguimos descubriendo nuevos entornos presentes o pasados, con evidencia de formas de vida previamente desconocidas para nosotros, que nos sorprenden hasta el punto de considerarlas difíciles de creer. En otras palabras, en la Tierra han existido y aún existen otros mundos. Los extraterrestres ya están aquí. Siempre han estado entre nosotros.
Conocemos alrededor de un millón de especies diferentes, pero debe haber muchas más (3). Algunas estimaciones indican que el número real de especies animales oscilaría entre tres millones y diez millones (4), pero esas estimaciones posiblemente se queden cortas. El número de especies de plantas puede ser aún mayor. Sabemos que la biosfera de la Tierra puede extenderse hasta 15 km en la atmósfera y hasta 15 km por debajo de la superficie del planeta (5,6).
Además de los microbios, plantas y animales con los que estamos familiarizados, hay numerosas especies que no solo sobreviven, sino que prosperan ampliamente en entornos que, en principio, nos pueden parecer absolutamente inhabitables. Estos lugares deleitan a los astrobiólogos, los científicos que investigan la vida en el universo, como modelos de ambientes que podrían encontrarse en otros planetas.
El primer extremófilo identificado, en 1972, fue una arquea, Solfolobus solfataricus, que vive a 85 ºC y a pHs que van de 1 a 5 en los géiseres de Yellowstone, EE.UU. (7). Existen microbios anaeróbicos subterráneos que se alimentan de minerales o sustancias radiactivas. La vida media de un elemento radiactivo es el período de tiempo en el que su masa decae a la mitad de su masa inicial. En el caso del uranio, todas las formas isotópicas son radiactivas. El isótopo uranio-238 tiene una vida media de 4.500 millones de años, prácticamente el mismo período de tiempo que la formación de la Tierra hasta el presente (unos 4.560 millones de años); en consecuencia, este isótopo siempre ha estado disponible como fuente de energía para los organismos vivos (7-9). De debajo del fondo marino se han extraído microbios con más de 100 millones de años de vida, que conservaban la capacidad de reproducirse (10,11). También hemos visto que, en el otro extremo, los microbios se pueden encontrar a muy gran altitud en la atmósfera (12).
Pero no es necesario hacer un viaje al centro de la Tierra o pasar cinco semanas en globo para encontrar extremófilos, organismos que viven en condiciones extremas. En el desierto de Chihuahua en el estado de Coahuila, México, hay más de trescientos estanques llamados Pozas Azules, en la zona de Cuatro Ciénegas (ver imagen). Como su nombre indica, las pozas son de color azul turquesa, y su composición es muy similar a la de los océanos originales de la Tierra hace aproximadamente 4.000 millones de años. Estos estanques, aislados por tierra desértica, están llenos de vida, con una gran variedad de microbios y formaciones de estromatolitos hechas por bacterias vivas. Cada poza tiene particularidades en términos de composición química y biológica, incluida la presencia de virus característicos, que son diferentes de otras pozas. Pero las Pozas Azules no solo son el hogar de microbios, sino también de peces, caracoles e incluso una especie de tortuga acuática —Terrapene coahuila— (13).
Pozas Azules es uno de los lugares con mayor biodiversidad de nuestro planeta, donde se encontraron miles de especies de arqueas. En los estromatolitos de Pozas Azules II, solo una de las pozas, se identificaron más de 50,000 especies diferentes. Algunos de los organismos tienen lípidos en sus membranas celulares en los que el fósforo, escaso en las pozas, ha sido reemplazado por azufre. Muchos de estos microbios son similares a los que se encuentran en los respiraderos hidrotermales submarinos ricos en azufre (13).
Más sobre la vida en otros mundos en futuras publicaciones.
Image / Imagen:
Poza Azul, Cuatro Ciénegas, Coahuila. Comisión Mexicana de Filmaciones, México D. F., México. - CC BY-SA 2.0, https://www.flickr.com/photos/comefilm/22622991294/
References / Referencias:
1. Edward O. Wilson. The Meaning of Human Existence. Liveright Publishing Corporation, New York, 2014.
2. David Christian. Origin Story: A Big History of Everything. Allen Lane, Penguin Random House UK, London, 2018.
3. Charles Cockell. The Equations of Life. How Physics Shapes Evolution. Atlantic Books, London, 2018.
4. Edward O. Wilson. On Human Nature. Harvard University Press, Cambridge, MA, 1978/2004.
5. F. Inagaki et al. Exploring deep microbial life in coal-bearing sediment down to ~2.5 km below the ocean floor. Science 24 Jul 2015: Vol. 349, Issue 6246, pp. 420-424. DOI: 10.1126/science.aaa6882;
6. Garnet S. Lollar et al. ‘Follow the Water’: Hydrogeochemical Constraints on Microbial Investigations 2.4 km Below Surface at the Kidd Creek Deep Fluid and Deep Life Observatory. Geomicrobiology Journal 36: 859-872, 2019. https://doi.org/10.1080/01490451.2019.1641770.
7. Carlos Briones, José Mª Bermúdez de Castro and Alberto Fernández Soto. Orígenes. El universo, la vida, los humanos. Editorial Planeta, Barcelona, España, 2015; Robert M. Hazen. Symphony in C. Carbon and the Evolution of Almost Everything. W. W. Norton & Company, New York, 2019.
8. B. Sherwood Lollar, V.B. Heuer, J. McDermott, S. Tille, O. Warr, J.J. Moran, J. Telling, K.-U. Hinrichs. A window into the abiotic carbon cycle – Acetate and formate in fracture waters in 2.7-billion-year-old host rocks of the Canadian Shield. Geochimica et Cosmochimica Acta. Volume 294, 2021, Pages 295-314, https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.11.026;
9. Sauvage, J.F., Flinders, A., Spivack, A.J. et al. The contribution of water radiolysis to marine sedimentary life. Nat Commun 12, 1297 (2021), https://doi.org/10.1038/s41467-021-21218-z.
10. Jordana Cepelewicz and Quanta Magazine. The last place on earth we’d ever expect to find life. https://www.theatlantic.com/science/archive/2020/05/life-microbes-ocean-floor/611755/. Accessed on October 6, 2021.
11. Morono, Y., Ito, M., Hoshino, T. et al. Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years. Nat Commun 11, 3626 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-17330-1.
12. Natasha DeLeon-Rodriguez et al. Microbiome of the upper troposphere: Species composition and prevalence, effects of tropical storms, and atmospheric implications. PNAS February 12, 2013 110 (7) 2575-2580; https://doi.org/10.1073/pnas.1212089110.
13. Rodrigo Pérez Ortega. Pools in the Mexican desert are a window into Earth’s early life. Science. DOI:10.1126/science.abd5785. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/pools-mexican-desert-are-window-earth-s-early-life.