El Sofista

El color de las plantas en otros mundos (3ra. parte)

Continuación del artículo de Nancy Y. Kiang publicado en la revista Scientific American del 7 de abril de 2008, cuya primera parte traduje aquí.


Pintando al mundo de rojo

Para buscar pigmentos fotosintéticos en un planeta de otro sistema solar, los astrónomos deben estar preparados para ver planetas en cualesquiera de sus posibles estadios de evolución. Por ejemplo, pueden obtener la vista de un planeta que se asemeje a nuestra Tierra de hace dos mil millones de años. También deben admitir que los fotosintetizadores extrasolares pudieron haber desarrollado habilidades que sus contrapartes terráqueas no tienen, tal como disociar agua por medio de fotones de longitudes de onda largas.

Con todo, la longitud de onda más larga observada en los fotosintetizadores terráqueos es de alrededor de 1.015 nm (en el infrarrojo), en bacterias anoxigénicas púrpuras. La longitud de onda más larga observada en la fotosíntesis oxigénica es de aproximadamente 720 nm, en una cianobacteria marina. Pero las leyes de la física no determinan un límite superior estricto. Una gran cantidad de fotones de longitud de onda larga pueden cumplir la misma función que unos pocos de longitudes de onda corta.

El factor limitador no es la viabilidad de pigmentos nuevos sino el espectro de luz disponible en la superficie del planeta, que depende principalmente del tipo de estrella. Las estrellas se clasifican según su color, que se relaciona con la temperatura, tamaño y duración. Sólo cierto tipo de estrellas viven lo suficiente para que los seres complejos evolucionen. Los tipos de estrellas, ordenadas de más calientes a más frías, son: F, G, K y M. Nuestro sol es una estrella G. Las estrellas F son más grandes, más brillantes y más azules, y agotan su combustible en un par de miles de millones de años. Las estrellas K y M son más pequeñas, más débiles, más rojas y duran más.

Alrededor de cada una de estas estrellas hay una zona habitable, un rango de órbitas donde los planetas pueden mantener una temperatura compatible con el agua líquida. La zona habitable, en nuestro sistema solar, es un anillo que rodea las órbitas de la Tierra y Marte. En una estrella F, la zona habitable para un planeta de tamaño similar a la Tierra es mayor; en una estrella K o M, es menor. Un planeta en la zona habitable de una estrella F o K recibe casi tanta radiación visible como la Tierra. Tal planeta podría fácilmente utilizar una fotosíntesis oxigénica como la de la Tierra. El color del pigmento simplemente puede cambiar de posición dentro de la banda visible.

Las estrellas M, también conocidas como enanas rojas, tienen un interés especial porque son las estrellas más abundantes de nuestra galaxia. Emiten mucha menos radiación visible que nuestro sol; su emisión llega a su pico en el infrarrojo cercano. John Raven, un biólogo de la Universidad de Dundee, y Ray Wolstencroft, un astrónomo del Observatorio Real de Edimburgo, Escocia, sostienen que la fotosíntesis oxigénica es teóricamente posible con fotones del infrarrojo cercano. Un organismo tendría que utilizar tres o cuatro fotones del infrarrojo cercano para disociar H₂O, en vez de los dos que serían suficientes para las plantas terráqueas. Los fotones trabajan en conjunto como las etapas de un cohete para suministrar a un electrón la energía necesaria mientras realiza las reacciones químicas.

Las estrellas M plantean un desafío adicional a la vida: cuando son jóvenes, emiten poderosas erupciones UV. Los organismos podrían evitar la dañina radiación UV en las profundidas subacuáticas, ¿pero no quedarían entonces necesitadas de luz? Si es así, podría no surgir la fotosíntesis. Sin embargo, a medida que las estrellas M envejecen, dejan de tener erupciones, y en ese estadio emiten incluso menos radiación UV que nuestro sol. La capa de ozono, que absorbe el UV, podría no ser necesaria para proteger a los organismos; éstos podrían prosperar en la tierra aun cuando no produzcan oxígeno.

En síntesis, los astrónomos deben considerar cuatro escenarios dependiendo de la edad y el tipo de estrella:

• Vida oceánica, anaerobia. La estrella principal es una estrella joven de cualquier tipo. Los organismos no necesariamente producen oxígeno; la atmósfera podría estar compuesta de otros gases, como metano.
  
  
• Vida oceánica, aerobia. La estrella principal es una estrella más vieja de cualquier tipo. Ha transcurrido el tiempo suficiente para que se desarrolle la fotosíntesis oxigénica y comience a acumularse el oxígeno atmosférico.
  
  
• Vida terretre, aerobia. La estrella principal es una estrella madura de cualquier tipo. Las plantas cubren la tierra. La vida en la Tierra transcurre ahora en este estadio.
  
  
• Vida terretre, anaerobia. La estrella es una estrella M inactiva, por consiguiente la radiación UV es insignificante. Las plantas cubren la tierra pero pueden no producir oxígeno.

Queda claro que las biofirmas fotosintéticas para estos diferentes casos no serían las mismas. De acuerdo con la experiencia recogida en el análisis de imágenes satelitales de la Tierra, los astrónomos estiman que cualquier tipo de vida oceánica estaría muy esparcida y no sería visible por medio de los telescopios. En consecuencia, los dos primeros escenarios podrían no producir biofirmas de pigmentos fuertes; la vida sólo se nos revelaría por los gases atmosféricos producidos. Por lo tanto, el estudio de los colores de las plantas extraterrestres requiere que los investigadores concentren sus esfuerzos en las plantas de la superficie terrestre, en planetas alrededor de estrellas F, G y K con fotosíntesis oxigénica, o en planetas alrededor de estrellas M con cualquier tipo de fotosíntesis.


El negro es el nuevo verde

Sin importar la situación específica, los pigmentos fotosintéticos aún deben satisfacer las mismas reglas que en la Tierra: los pigmentos tienden a absorber los fotones o bien más abundantes, de las longitudes de onda más corta disponibles (más energéticos), o bien los de longitudes de onda más larga disponibles (absorbidos en el centro de reacciones). La resolución del problema de cómo el tipo de estrella determina el color de la planta, llevó a que los investigadores de diversas disciplinas armaran todas las piezas estelares, planetarias y biológicas.

Volver a la segunda parte o continuar a la cuarta parte.

escrito por el sofista @ viernes, abril 25, 2008