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Francis VillatoroBorja TosarJuan Carlos GilGastón GiribetIgnacio Crespohipótesis tierra rara brownie wardcaracterísticas únicas de la tierravida compleja y condiciones terrestresagua líquida y microorganismos básicosformación de agua líquida tierraaparición temprana de la vidacondiciones químicas geológicasTierraBorja TosarJuan Carlos GilMarteJuan CarlosIgnacio CrespoSpargaerenGastón GiribetBoltzmanndelta de IWBrownieWardCarbonoHidrógenoOxígenoNitrógenoFósforoAzufre
Condiciones químicas geológicas
Ep577: Planeta Enano; Errores en IAs; Romper Agujeros Negros; Habitabilidad Química; Virus y Monos
29 de octubre de 202610 momentos
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Borja Tosar continúa reflexionando sobre un artículo científico que aborda la aparición temprana de la vida en la Tierra tras la formación de agua líquida en su superficie.
…que no haya nadie mandándonos señales. A mí el artículo, la verdad es que el artículo está, por lo menos para hacerte pensar; no sé si luego se puede desarrollar de otra forma, puede cambiar mucho según se vaya trabajando en eso, pero me recordó mucho. Una hipótesis de la tierra rara que estuvo muy de moda hace muchos años, hace 20 años, que le escribieron un geólogo y un astrofísico que eran, creo que, no me acuerdo, creo que eran Brownie y Ward o algo así. Y era un libro que almacenaba todas las cosas ultra raras que tiene la Tierra, que en principio no tienen otros mundos, que hacen que conduzcan a la vida compleja. El libro partía de la idea de la vida simple, o sea, por esto de los lícitos de oro, pues en principio que un planeta tenga agua líquida en superficie que pueda evolucionar químicamente hasta tener microorganismos o vida muy básica, debe ser muy sencillo porque en la Tierra, en cuanto hubo agua líquida en superficie. y hubo las condiciones químicas, a nivel geológico instantáneamente apareció la vida, o sea, no hubo un periodo largo en el que hubo las condiciones y no apareció nada, sino que en cuanto hubo las condiciones apareció. Pero ellos trabajan la idea de la vida compleja es mucho más, sobrevive mucho menos. La vida compleja requiere, por ejemplo, los microorganismos pueden invernar como los tardígrados o los microorganismos. Pero la vida compleja requiere mucha estabilidad,…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando un artículo sobre habitabilidad planetaria, detallando cómo la porosidad de las rocas y la circulación del agua no garantizan el flujo de elementos químicos necesarios para la vida.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9porosidad rocas y flujo químicoagua circular no garantiza vidadesintegración isotopos radioactivos habitabilidadcalor residual formación planetaria…por lo menos para extremófilos, para las cosas más durables que conocemos. Y en ese artículo también metían la condición de la porosidad de las rocas para permitir la circulación del agua y el transporte de las sustancias químicas que pudiera llevar. disueltas. Y en relación a esto de la porosidad, que hay una conexión con lo que viene después: que el agua pueda circular por esas rocas, ya veremos que no va a garantizar que los elementos químicos que necesita la vida fluyan mediante esa porosidad y que lleguen a las regiones donde luego podrían estar disponibles para una posible bioesfera. El artículo también mencionó un resultado interesante que permitía que la vida se desarrollase en planetas situados incluso muy lejos de su zona habitable tradicional. Gracias, por ejemplo, al calor interno del planeta producido por desintegración de isotopos radioactivos, por el calor residual de su formación; incluso en determinados mundos podría contribuir el calentamiento de las fuerzas de marea. En resumen, que no necesitamos necesariamente agua líquida en la Superficie. De nuevo, tenemos un único punto y aquí los peces están en océanos que están en la superficie, pero vete tú a saber; y ni siquiera necesitamos atmósfera para imaginar un mundo subterráneo habitado por bichitos. Pero como adelantabas Ignacio, nos…
Juan Carlos Gil continúa explicando un artículo sobre habitabilidad planetaria, detallando que se necesitan condiciones físico-químicas adecuadas para la vida, incluyendo temperatura, presión, acidez y salinidad.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #5acidez salinidad limitan procesos metabólicosocéanos marcianos pocos millones añosextremófilos límites temperatura radiaciónmetabolismo crecimiento y reproducciónformas de vida adaptadas tierraquímica prebiótica ex nihilobioelementos chomps para la vidacalcio y magnesio en planetas habitablesoligoelementos hierro zinc cobredisponibilidad de elementos químicos…es fundamentalmente la luz de nuestra estrella, aprovechada mediante fotosíntesis, pero hay casos que conocemos lejanos a la luz del sol en los que se aprovecha la energía química que proporcionan determinadas reacciones típicamente redos entre agua y rocas. También necesitamos condiciones físico-químicas adecuadas; mencionábamos temperatura y presión pero hay otras: acidez, salinidad que pueden, en fin, dificultar o impedir incluso según qué procesos metabólicos. Y esas condiciones tienen que estar durante el tiempo suficiente, no nos vale que haya un océano en Marte durante pocos miles de millones de años para que se desarrollen bichitos que merezcan tal nombre; y aunque los extremófilos, decía, nos han dado sorpresas en temperaturas absurdas como hasta 150 grados o condiciones de radiación brutales entonces, incluso ellos tienen sus límites, ¿no? O sea, no basta con sobrevivir a esas condiciones extremas, hay que dotarse de mecanismos en los que podamos tener un metabolismo, crecer y reproducirse. Aquí, perdona, Juan Carlos, pero hay otro detalle que creo que también puede ser relevante, y es que que existan formas de vida que han conseguido adaptarse a esos entornos en la Tierra, no significa que la vida pueda parecer ex nihilo de nada, bueno, de nada, de química prebiótica, en esas condiciones. Podrían ser dos respuestas distintas Y eso es un melón ingente, de tamaño planetario, que no estamos en condiciones de responder Pero aparte de lo que os decía, me presenta Más como químico, falta otra condición y es los ingredientes químicos de la vida. De nuevo, basándonos en lo que conocemos de nuestro planeta, los bioelementos principales, lo hemos hablado muchas veces, el famoso CHOMPS: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre. Hay otros elementos que se usan menos pero son importantes como por ejemplo calcio y magnesio, y luego tenemos los oligoelementos, metales como hierro, zinc o cobre que aunque se necesitan en cantidades muy pequeñas, sin embargo son determinantes en funciones esenciales de muchísimos procesos biológicos. Y más aún, es que no solo hace falta que esos elementos existan, es que tienen que estar disponibles, ¿vale? Cuando hablamos de habitabilidad, esos elementos tienen que ser accesibles a la posible vida Tienen que estar, desde luego, en cantidad suficiente, pero también en formas químicas aprovechables. Los elementos tienen la buena costumbre de ponerse en distintos…
Juan Carlos Gil explica cómo una pregunta científica se centra en determinar si las condiciones químicas durante la formación del núcleo de un planeta influyen en la disponibilidad de fósforo y nitrógeno, elementos esenciales para la vida.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #6formación del núcleo planetariodisponibilidad fósforo y nitrógenocondiciones químicas planeta rocoso…a planeta enano del que hablamos antes. O sea, es un grupo, pues como nos gusta a menudo, que combina un mogollón de cositas: geoquímica, formación planetaria, astrofísica, para investigar eso. ¿Cómo la formación del núcleo puede influir en la habitabilidad? ¿De un planeta rocoso? La pregunta era: la pregunta científica que se planteaban, ¿hasta qué punto las condiciones químicas durante la formación del núcleo de un planeta determinan la cantidad de fósforo y nitrógeno en particular que quedan disponibles para la vida? Y para entender este asunto tengo que irme un poquito para atrás y explicar, y corregidme si me equivoco que no es mi campo, cómo se forman los planetas rocosas. Porque en general en las primeras etapas el interior de estos planetas está hundido en forma de lo que llaman océano de magma y se suelen diferenciar,…
Juan Carlos Gil explica un concepto complejo utilizado por geofísicos y geoquímicos: la fugacidad del oxígeno, como una forma de expresar el potencial químico.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10siderófilos y afinidad por hierrolitófilos prefieren silicatosdiferenciación planetaria siderófilos litófilosquímica de la diferenciación planetariafugacidad del oxígeno potencial químicopresión efectiva concepto termodinámicogeofísicos geoquímicos fugacidad oxígeno…la luna procedía del manto; así que era bastante pobre en hierro y por eso la luna, o por eso creemos que la luna, por eso tiene un núcleo diminuto: completamente es menos de un 2% del tamaño de la masa de la luna mientras que en la Tierra supone el 30%. O sea que esta diferenciación, bueno, obviamente a nivel de geología planetaria es extraordinariamente relevante. Bueno, lo que acabo de contar del níquel, hierro y silicio es una propiedad genérica que afecta a todos los elementos: su afinidad química por unas fases o por otras. Las que tienen en diferenciación planetaria la mayor afinidad por el metal se le llama siderófilos, del griego sideros, hierro; y a las que prefieren los silicatos, se les llama litófilos, de lisos, piedra. Pero esa preferencia por una fase u otra depende a su vez de las condiciones químicas, así es la química. En particular por una magnitud que los geofísicos y geoquímicos utilizan muy a menudo, la fugacidad del oxígeno, que es una forma de expresar mediante una presión efectiva el concepto más general termodinámico de potencial químico, potencial químico del oxígeno, que es una cosa un poco esquiva para los que no han estudiado termodinámica en profundidad. Es una magnitud que nos dice cuánto cambia la energía libre de un sistema cuando añadimos o quitamos una pequeña cantidad de sustancia manteniendo constantes algunas otras magnitudes termodinámicas, en termodinámica y en termodinámica estadística. En mi tesis calculé el potencial químico también de los iones alrededor del ADN y allí en silico, yo usaba simulación, utilizaba el método de la partícula de prueba que casi explica mejor lo que es esto del potencial químico más que la definición académica…
Juan Carlos Gil explica cómo la fugacidad de oxígeno, un término utilizado en geoquímica, está relacionada con el potencial químico y sirve para medir la disponibilidad de oxígeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13fugacidad de oxígeno y potencial químicobustita como referencia geoquímicacondiciones oxidantes y fugacidad de oxígeno…debido a la adición de esa partícula, en mi caso cargada, con las demás partículas reales Por supuesto esa partícula no seguía en la simulación, sino aquello explotaba, sino que simplemente calculaba la energía que suponía la adición de esa partícula, Calculaba el factor de Boltzmann y se hacía un promedio estadístico, y esto permitía estimar el potencial químico de exceso que se llama. Bueno, el caso es que la fugacidad de oxígeno, que es el término geoquímico, está relacionado con este potencial químico, de tal forma que cuanto mayor es esta fugacidad, más oxidantes son las condiciones; es fácil acordarse: más oxígeno, más oxidante, y cuanto menos, más reductoras. En el artículo utilizan una escala para esta fugacidad que denominan delta de IW, que es logarítmica; hay que tener cuidado con eso en las figuras, pero bueno, se entiende muy bien y que nada, es una medida de la disponibilidad de oxígeno que utiliza como referencia el equilibrio entre el hierro metálico que os definía antes y un metal. Esto es necesario, en geoquímica es habitual y el metal que utiliza es la bustita; que debe ser habitual, no lo conozco. Bueno, como os decía, en la pregunta científica los autores se fijaron en nitrógeno y fósforo, ambos bioelementos fundamentales; ambos forman parte de los ácidos nucleicos; ambos forman parte de procesos biológicos esenciales. El fósforo además es central,…
Juan Carlos Gil explica cómo el comportamiento geoquímico del fósforo y el nitrógeno difiere: el fósforo tiende al núcleo en entornos reductores, mientras que el nitrógeno se dirige a los silicatos del manto.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6fósforo afín al núcleo en reductoresnitrógeno migra a silicatos del mantocomportamiento geoquímico fósforo nitrógeno…como sabéis, en el metabolismo energético. Hablé mogollón del fósforo en el episodio 570, mientras que el nitrógeno a nadie se le escapa es un componente fundamental de las proteínas. Pero, y aquí empieza lo interesante, su comportamiento geoquímico, su tendencia por el núcleo o por el manto, que es de lo que estamos hablando, resulta que la experimentan de manera opuesta. En entornos muy reductores, el fósforo tiene mayor afinidad por el metal y por tanto tiende a incorporarse al núcleo, mientras que el nitrógeno migra preferencialmente hacia los silicatos del manto, O sea, en unas condiciones más oxidantes, cuando la fugacidad del oxígeno es mayor, el fósforo se vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le…
Juan Carlos Gil explica cómo existen tendencias opuestas en la biodisponibilidad del nitrógeno y fósforo dependiendo de las condiciones redox durante la formación planetaria. Menciona la existencia de un compromiso entre ambas tendencias, creando una 'zona de rizitos de oro' adecuada para la habitabilidad química.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #18biodisponibilidad nitrógeno y fósforocondiciones redox formación planetariacompromiso tendencias opuestaszona de rizitos de orohabitabilidad química redox…vuelve más litófilo y por tanto se conserva bien en el manto, que es lo que nos interesa para su biodisponibilidad. ¿Cuánto más oxígeno hay? Pero al nitrógeno le ocurre lo contrario; esto se ve muy bien en un diagrama esquemático en la figura 1 del artículo. ¿Hay tendencias por tanto opuestas para la biodisponibilidad de nitrógeno y fósforo dependiendo de las condiciones redos en la formación del planeta? Bueno, pues cuando hay tendencias opuestas a menudo ocurre que existe un compromiso entre ambas, un intervalo ahí intermedio en el que en este caso ninguno de los dos elementos quedaría excesivamente secuestrado en el núcleo Una especie de zona de rizitos de oro, de nuevo, redox, ni demasiado reductora ni demasiado oxidante, adecuada para poder ser degustada En definitiva, la zona de, lo que llaman estos autores, la zona de habitabilidad química Pues para estudiar esto que os he introducido, los autores idean un modelo de diferenciación del núcleo-manto, muy sencillo. Parten de un montón de resultados publicados sobre cómo se distribuye el fósforo y el nitrógeno entre silicatos fundidos y hierro a…
Juan Carlos Gil resume los resultados del modelo sobre la diferenciación núcleo-manto, indicando que la Tierra se encuentra en una zona óptima de habitabilidad química.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5habitabilidad química de la tierraconcentraciones fósforo manto terrestremodelo reproduce concentración fósforoincertidumbres condiciones marcianas…Condición, semejante al núcleo tipo tierra y, o casualidad, es justo en esa banda donde se produce el compromiso entre ambas tendencias entre fósforo y nitrógeno. Hay suficiente fósforo retenido en el manto sin haber penalizado todavía demasiado al nitrógeno. Resumen de todo este rollo, según este modelo la Tierra se encuentra justito en esa especie de zona de ricitos de oro redox que anticipábamos antes, la zona de habitabilidad química Las dos líneas horizontales punteadas discontinuas que aparecen son las concentraciones observadas de verdad medidas en el manto terrestre de fósforo y nitrógeno se ve como el modelo reproduce razonablemente bien la concentración de fósforo observada en el manto terrestre han hecho otro cálculo para que esto no sea solamente mirándonos el ombligo con las condiciones de Marte y dentro de las incertidumbres también les sale bastante bien pero el modelo predice un orden de magnitud de nitrógeno más del que observamos y es que el nitrógeno es realmente puñetero porque no basta solo con retenerlo en el manto, se producen efectos de desgasificación que dependen además de forma acoplada también con las condiciones redos, o sea sería un proceso casi no lineal. En ambientes muy reductores parte de este nitrógeno…
Juan Carlos Gil describe cómo los autores utilizan un catálogo llamado Hipatía para analizar la abundancia química de elementos en estrellas cercanas y su impacto en la composición de exoplanetas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12catálogo hipatía abundancia químicaratio fósforo-nitrógeno factor 15modelo spargaeren condiciones planetariasoxígeno fugacidad modelo exoplanetas…nitrógeno. Se preguntan a continuación los autores si es relevante la composición inicial del planeta, porque claro, no todos los planetas tienen por qué salir desde la casilla de salida con la misma proporción de nitrógeno y fósforo, y hacen algo que es muy Chulo. Utilizan un catálogo que se llama Hipatía, que recoge la abundancia química de estos elementos en estrellas cercanas y observan cómo hay una dispersión apreciable en el ratio fósforo-nitrógeno que varía aproximadamente en un factor de 15. Luego utilizan otro modelo publicado por un tal Spargaeren y colaboradores, que no sé si te suena Gastón; bueno, esto es geoquímica, que no tiene por qué ser tu campo. El caso es que a partir de condiciones estelares genera condiciones plausibles de planetas rocosos orbitándoles y no solo nitrógeno y fósforo sino la mayor parte de los elementos, también el oxígeno que necesitamos su fugacidad para el modelo. En resumen, que pueden aplicar su modelito a toda la población de exoplanetas que hemos visto y en las condiciones redox que hemos explorado en la figura 2. Y resumiendo, el resultado. Es que para el nitrógeno en la concentración que queda en el manto varía menos de un orden de magnitud. Bueno, no varía demasiado dependiendo del tipo de estrella, pero para el fósforo sí. Dependiendo del tipo de estrella, la concentración de fósforo en el…
Borja Tosar continúa reflexionando sobre un artículo científico que aborda la aparición temprana de la vida en la Tierra tras la formación de agua líquida en su superficie.
Habla: Borja TosarSignificado #1 · Palabras #1hipótesis tierra rara brownie wardcaracterísticas únicas de la tierravida compleja y condiciones terrestresagua líquida y microorganismos básicosformación de agua líquida tierraaparición temprana de la vidacondiciones químicas geológicas…que no haya nadie mandándonos señales. A mí el artículo, la verdad es que el artículo está, por lo menos para hacerte pensar; no sé si luego se puede desarrollar de otra forma, puede cambiar mucho según se vaya trabajando en eso, pero me recordó mucho. Una hipótesis de la tierra rara que estuvo muy de moda hace muchos años, hace 20 años, que le escribieron un geólogo y un astrofísico que eran, creo que, no me acuerdo, creo que eran Brownie y Ward o algo así. Y era un libro que almacenaba todas las cosas ultra raras que tiene la Tierra, que en principio no tienen otros mundos, que hacen que conduzcan a la vida compleja. El libro partía de la idea de la vida simple, o sea, por esto de los lícitos de oro, pues en principio que un planeta tenga agua líquida en superficie que pueda evolucionar químicamente hasta tener microorganismos o vida muy básica, debe ser muy sencillo porque en la Tierra, en cuanto hubo agua líquida en superficie. y hubo las condiciones químicas, a nivel geológico instantáneamente apareció la vida, o sea, no hubo un periodo largo en el que hubo las condiciones y no apareció nada, sino que en cuanto hubo las condiciones apareció. Pero ellos trabajan la idea de la vida compleja es mucho más, sobrevive mucho menos. La vida compleja requiere, por ejemplo, los microorganismos pueden invernar como los tardígrados o los microorganismos. Pero la vida compleja requiere mucha estabilidad,…