“La vida es tan extraordinaria en sus propiedades que merece ser descrita como un estado alternativo de la materia”.
—Paul Davies, El quinto milagro,
Son las 13:00, tiempo estándar del Atlántico (11:00 AM hora de la Ciudad de México) del 16 de noviembre de 1974, y un grupo de cerca de 200 personas se apretuja en las inmediaciones de una sala de control localizada en una zona boscosa de San Juan, Puerto Rico. En el aire se respira una mezcla de tensión y esperanza. Entre los científicos y funcionarios de gobierno, hay algunos ingenieros que se afanan en mover algunos diales de los aparatos electrónicos empotrados en los gabinetes. Y entonces sucede: el murmullo del grupo es desplazado por una secuencia de tonos electrónicos que emergen de las bocinas. No se escucha nada más que esos tonos a lo largo de tres minutos. Después, algunas lágrimas de emoción ceden al protocolo; el ambiente es festivo; han sido testigos de un evento con un potencial trascendental de escala cósmica: el primer mensaje interestelar en busca de contacto con otras civilizaciones extraterrestres ha sido enviado a la velocidad de la luz desde el radiotelescopio de Arecibo, el más grande y preciso en la Tierra hasta entonces.
El mensaje enviado por radioseñal fue diseñado por Frank Drake, quien derivó la ecuación que estima el potencial número de civilizaciones extraterrestres lo suficientemente avanzadas en términos tecnológicos para comunicarse en nuestra galaxia, la Vía Láctea. La información contenida en el mensaje incluía, entre otras cosas, nuestro sistema de numeración, el perfil de la doble hélice del ADN, los planetas que forman el Sistema Solar, una silueta humanoide, y un perfil que asemejaba el radiotelescopio desde el cual se enviaba la señal.1 Dada la hora y posición geográfica de Arecibo, se eligió como objetivo el cúmulo de 300 000 estrellas conocido como Messier 13, en la constelación de Hércules, a 25 000 años luz de distancia. Al momento de escribir esto, la señal ha recorrido una distancia de 49 años luz. La NASA estima que existen, como mínimo, 1500 planetas en el radio de los 50 años luz de la Tierra.2 Quizá algo o alguien esté escuchando en esa vecindad.
A casi medio siglo de haberse enviado ese primer ¡Hola! cósmico, continuamos sin haber recibido uno de vuelta que nos indique sin asomo de duda que tenemos una civilización extraterrestre en nuestra vecindad cósmica. Por supuesto, han existido señales que le han acelerado el corazón a los radioastrónomos. La primera de ellas, la famosa señal ¡Wow! detectada por un radiotelescopio en Ohio en 1977, nunca tuvo su origen determinado, así como tampoco se le volvió a detectar: se trató de un evento único, sin repetibilidad.3 El último caso de radioseñal potencialmente extraterrestre que llamó la atención de los científicos se detectó en 2019, por el radiotelescopio Parkes, en Australia. En esta ocasión, la señal parecía provenir de Próxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sol (cuatro años luz de distancia). Es una estrella de interés para la comunidad científica porque cuenta con dos planetas, y uno de ellos orbita justo a una distancia que permite la existencia de agua líquida, la cual podría albergar una forma de vida. La señal detectada pasó los primeros filtros que descartan posibles interferencias, y tuvo una duración de cinco horas. Sin embargo, cuando volvieron a “escuchar” la misma región en noviembre de 2020, y abril de 2021, la señal ya no estaba. Una investigación a mayor profundidad indica que, posiblemente, se trató de la interferencia de osciladores de cristal que se hallan en computadoras, radios y teléfonos celulares. Esta fuente de interferencia no es descabellada. En 2015, el mismo radiotelescopio detectó señales que luego resultaron provenir de los hornos de microondas cuando estos eran encendidos a la hora de la comida.3
Estos ejemplos muestran lo terriblemente descorazonador que puede llegar a ser la búsqueda de vida extraterrestre. A pesar de ello, contestar la pregunta ¿estamos solos en el universo? continúa espoleando la inteligencia de los seres humanos para hallar nuevos métodos que nos lleven a obtener una respuesta concluyente. Con el incremento de satélites orbitando la Tierra, así como la proliferación de aparatos electrónicos ganando cada vez más espacio en nuestras vidas diarias, quizá sea conveniente buscar los murmullos de vida fuera de ella en un formato menos electrónico: murmullos químicos, por ejemplo.
En este sentido, un grupo de investigadores liderados por el Profesor Leroy Cronin, de la Universidad de Glasgow, han explorado la siguiente idea: si los sistemas vivos se pueden distinguir de aquellos no vivos porque producen moléculas complejas en abundancia que no pueden formarse sólo por azar, entonces debería existir una manera de cuantificar la complejidad de las moléculas; si es lo suficientemente compleja, podría haber sido creada por un organismo vivo.4
La clave del estudio presentado por Cronin y colaboradores estriba en la definición de la complejidad asociada a una molécula y no tanto en la (quizá imposible) definición de qué es vida extraterrestre. Así, en términos generales, mientras más compleja sea una molécula, menor la probabilidad de que ésta se haya producido por un sistema no bioquímico (o abiótico).
Para definir la escala de complejidad, los científicos echaron mano de un concepto denominado vías de ensamblaje para determinar el número o índice de ensamblaje molecular (EM). Básicamente, las vías de ensamblaje son secuencias de unión que comienzan con bloques básicos (en este caso, enlaces químicos) para terminar en un producto final después de un determinado número de secuencias. Durante estas secuencias, las subunidades que se generan en pasos intermedios pueden combinarse con otras más básicas de pasos anteriores; esta recursividad es la que permite la formación de moléculas más grandes o complejas.
Así, el índice de EM de un compuesto químico se define como el menor número de operaciones de unión necesarias para crear el compuesto químico utilizando el conjunto de especies químicas o enlaces disponibles (sin considerar reglas de valencia o condiciones de reacción). De acuerdo con esta definición, el índice de EM es un número entero: a mayor índice de EM, menor la probabilidad de formación de manera abiótica de una molécula determinada. Si dicha hipótesis es correcta, entonces el índice de EM puede indicar la presencia de organismos vivos.
El concepto de vías de ensamblaje encaja matemáticamente en la teoría de grafos, en particular, aquellos denominados árboles. La raíz del árbol está compuesta por los enlaces disponibles, mientras que los vértices o nodos del árbol corresponden a las posibles combinaciones de esos enlaces, por lo que cada vértice constituye un posible compuesto químico capaz de ser producido. Conforme la profundidad del árbol crece, la complejidad de las moléculas formadas también lo hace (recordemos que existe recursividad: a cada paso es posible añadir moléculas y enlaces de pasos anteriores). Por lo tanto, el índice de EM es el camino más corto desde la raíz del árbol hasta la rama donde se ha obtenido el compuesto deseado.
Computacionalmente, los autores mapearon la probabilidad de formación de cualquier molécula en función del índice de EM. Para ello, generaron al azar tres millones de árboles con distintas propiedades. Estos cálculos representan la probabilidad de generar un compuesto específico a partir de procesos aleatorios de ensamblaje, pero considerando una fuente abundante de precursores.
Como siguiente paso, se calculó la complejidad de 2.5 millones de compuestos químicos provenientes de la base de datos Reaxys5 (contiene 260 millones de compuestos, y continúa creciendo) en un rango de masa molecular específico. Con esto, los investigadores obtuvieron el otro espectro del índice de EM, es decir, midieron la complejidad de aquellas moléculas que requieren, forzosamente, procesos bioquímicos o industriales. Así, ya sabemos qué complejidad tiene una molécula formada por procesos aleatorios y otras que no.
Habiendo obtenido los extremos de complejidad (y de probabilidad) molecular, los investigadores probaron su modelo en las siguientes fuentes químicas:
- Muestras producidas por sistemas vivos (E. coli, cultivos de levadura, muestra de agua de mar, fermentado de bebidas, entre otras).
- Muestras abióticas producidas en síntesis controlada sin intervención de enzimas u otra influencia biológica.
- Muestras inorgánicas incluidas extractos de fuentes minerales terrestres, como cuarzo, piedra caliza, arenisca y granito.
- Muestras “muertas”, es decir, aquellas provenientes de fuentes terrestres que fueron influenciadas por procesos biológicos pero que no están vivos, incluido el carbón y la levadura quemada a 200 °C y 400 °C, respectivamente.
- Finalmente, las muestras ciego incluyeron una proveniente del meteorito Murchinson (cuya edad se estima antes de la formación de la Tierra),6 sedimento de una bahía y material biológico de dos diferentes épocas geológicas: el Holoceno (aproximadamente 30 000 años) y del Mioceno Medio (alrededor de 14 millones de años).
Esta suerte de “calibración” permitió a los científicos discriminar relativamente bien aquellas moléculas producidas por sistemas vivos de aquellas que no, y establecer un umbral de complejidad para los compuestos químicos en términos del EM; el umbral resultante resultó ser 15.
Es decir, la gran mayoría de las muestras vivas produjeron compuestos químicos con un EM mayor a 15. Sin embargo, esto no implica que aquellas muestras con un EM menor a 15 sean no vivas; por ejemplo, las muestras de origen biológico que no superaron ese umbral (sedimento de la bahía, por ejemplo) representan falsos negativos. En otras palabras, no todas las moléculas producidas por procesos vivos tienen un elevado índice de EM, pero todas las moléculas de alto EM sí son producidas por seres vivos (o procesos tecnológicos).
Tras la publicación de estos resultados, la NASA se ha mostrado interesada en el concepto desarrollado por Cronin y colaboradores, y explora las posibilidades de implementar algoritmos a bordo de las próximas naves exploradoras que estudiarán las señales recabadas por los espectrómetros de masa (instrumentos que determinan la distribución de las moléculas en un medio) en busca de alguna sinfonía química que una forma de vida haya podido escribir.
Martín Méndez
Doctor en Ciencias Aplicadas por el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica A. C. (IPICYT), entusiasta de la divulgación científica y la innovación, más presente en el futuro que en el ahora.
Referencias
- Sagan, C., Murmullos de la Tierra: El mensaje interestelar del Voyager, Planeta, 1981
- NASA, “The Milky Way’s 100 Billion Planets”, 2012
- Witze, A. “Mysterious ‘alien beacon’ was false alarm”, Nature, 599, 2021, pp. 20–21
- Marshall, S. M. y coautores, “Identifying molecules as biosignatures with assembly theory and mass spectrometry”, Nature Communications, 12, 2021, pp. 1–9
- Reaxys, “How is searching in Reaxys different than searching in other chemistry databases?”
- Bennett, J. “Meteorite Grains Are the Oldest Known Solid Material on Earth”, Smithsonian Magazine, 2020