Lur arraroaren hipotesia

Lurra Apollo 17tik ikusita.

Astrobiologian, Lur bereziaren hipotesiak argudiatzen du bizitza zelulanitz konplexuaren garapenak Lurrean (eta, horren ondorio den bizitza adimendunarena), gertatzeko oso zailak diren egoera eta baldintza astrofisiko eta geologiko batzuk behar izan zituela. Hipotesiaren arabera, bizitza estralurtar konplexua oso arraroa izateaz gainera, gertaera urria da. "Lur berezi" terminoa "Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe" izeneko 2002ko liburutik dator, Peter Ward (geologo eta paleontologoa) eta Donald E. Brownlee-k (astronomo eta astrobiologoa) idatzia.

Ikuspuntu alternatibo bat ere argudiatu zuten Carl Sagan eta Frank Drake-k, besteak beste. Ikuspuntu horrek proposatzen du Lurra planeta harritsu arrunt bat dela planeta-sistema arrunt batean, inolako berezitasunik ez duen galaxia kiribil barradun batean kokaturik. Erdipurdikotasun printzipioa dela eta, litekeena da unibertsoa izaki bizidunez josia egotea. Ward eta Brownlee-k ordea, aurkakoa defendatzen dute: Lurreko bizidun konplexuentzat egokiak diren planetak, planeta-sistemak eta eskualde galaktikoak; Lurra, Eguzki-sistema eta gu gauden Esne Bideko gunea hurrenez hurren, oso urriak direla kopuruan.

Bizitza konplexuaren garapenerako baldintzak Lur bereziaren arabera

Lur bereziaren hipotesiak bizi konplexuak besteak beste, galaxia eta izarraren zona zirkunestelar bizigarrian kokaturik dagoen sistema eta planeta, planeta-sistema mota zehatza, neurri egokiko planeta harritsua, gasezko erraldoi baten meteorito-babesa, satelite handi baten eragin egonkortzailea, magnetosfera, plaken tektonika, kimika egokia litosfera, hidrosfera eta atmosferan, "bonba ebolutiboen" gertaera-maiztasun egokia (glaziazioak eta meteorito-inpaktuak adibidez) eta Kanbriarreko leherketa eragin zuen faktore ezezaguna behar dituela argudiatzen du. Bizi adimendunak gainera, oraindik arraroagoak diren baldintzak behar dituela argudiatzen du hipotesiak.

Planeta harritsu batek bizitza konplexua jasan dezan, Ward eta Brownlee-k arabera, hainbat aldagaiek oso balio zehatzak izan behar dituzte. Unibertsoa hain handia izanik, Lurraren antzekoak diren hainbat planeta existitu daitezke. Baina planeta horiek existitzen badira ere, ziurrenik milaka argi-urtez banandurik daude bata bestearengandik. Horrelako distantzia handiek espezie adimendunen izarrarteko komunikazioak ekindingo lituzkete, Fermi-ren paradoxa ebatziz.

Kokapen zuzena galaxia mota zuzenean

Lur bereziak iradokitzen du unibertso ezagunaren zatirik handienak, Esne Bidearen zati handienak barne, ezin duela bizi konplexurik jasan. Ward eta Brownlee-k "gune hilak" izenez deritze zonalde hauei. Bizia posible den galaxia baten guneek zona bizigarri galaktikoa osatzen dute. Zona hori funtsean erdigune galaktikoarekiko distantziaren menpe dago. Distantzia hori handitzen doan heinean:

1. Izarren metalizitatea gutxitzen doa. Metalak (hots, astronomian hidrogenoa eta helioa izan ezik elementu kimiko guztiak) nahitaezkoak dira planeta harritsuen erapenerako.
2. Erdigune galaktikoko zulo beltzak eta horren inguruko neutroi-izarrek igorritako X izpi eta gamma izpien erradiazioa gutxituz doa. Mota honetako erradiazio elektromagnetikoak kaltegarriak dira bizi konplexuarentzat; eta honen ondorioz Lur bereziaren hipotesiak adierazten du unibertso gaztea, non izar-dentsitatea eta supernoba kopurua handiak ziren, ez zela inolaz ere egokia bizi konplexuaren garapenerako.
3. Planetek eta planetasimalek eragindako perturbazio grabitatorioak gutxituz doaz, izarren dentsitatea gutxituz doalako. Horregatik, zenbat eta urrunago egon erdigune galaktikotik, orduan eta aukera gutxiago dauzka planeta batek talka handi bat jasateko. Era horretako talkek bizi konplexua desagerrarazi dezakete erraztasunez.

Hiru gauza hauek kontuan harturik, 1. artikuluak galaxia baten kanpo-mugak baztertzen ditu, 2. eta 3. artikuluek galaxia baten erdiguneko inguruak, galaxia kiribil baten beso kiribilak eta kumulu globularrak baztertzen dituztelarik. Galaxia baten "besoak" izar-eraketa tasa handia duten zonaldeak dira, galaxiaren inguruan uhin baten modura oso motel higituz. Laburbilduz, galaxia baten erdigunetik kanpoaldera goazen einean, bizigarritasuna aurrena handitu eta ondoren murriztu egiten da. Horregatik, galaxia baten gune bizigarriak eraztun-forma dauka, gune ez-bizigarrien tartean kokaturik.

Hala ere, planeta-sistema batek kokapen egokia edukitzea ez da nahikoa, bizi konplexuarentzat egokia den posizio hori nahiko denboraz mantendu behar baitu honen eboluzioa gerta dadin. Horregatik planeta-sistema erradiazio-maila jasangarriko orbitan egoteaz gainera, orbita horrek eszentrikotasun txikia izatea komeni da. Planeta batek orbitatzen duen izar baten orbita eszentrikoa bada (eliptikoa ala hiperbolikoa), beso kiribiletatik zehar igaroko da, orbitatik ateratzeko arriskua edukiz. Aldiz, bere orbita ia zirkularra eta abiadura orbitala beso kiribilen errotazio-abiaduraren berdina baldin bada, pixka bat baino ez da desbideratuko, desbideratzen baldin bada.

Hortaz, Lur bereziaren hipotesiaren bultzatzaileek bizia garatu daitekeen planeta-sistema baten izarrak orbita ia zirkularra izan behar duela ondorioztatzen dute. Bestalde, abiadura orbitalaren eta beso kiribilen errotazio-abiaduraren sinkronizazioa zailagoa da, distantzia jakin batzuetara bakarrik gerta bait daiteke. Distantzia jakin hauek esparru bat osatzen dute, gune bizigarri galaktikoa osatzen duena; Esne Bidearen kasuan gune bizigarri hori erdigunetik 22,8 eta 29,3 mila argi-urte bitartean kokatzen delarik. Ondorioz, Esne Bidearen izarren  bakarrik daude esparru honetan; 20-40 mila milioi izar inguru.

Egia esateko, Eguzkiaren orbita Esne Bidearen inguruan ia guztiz zirkularra da, 226 milioi urteko periodoarekin; eta Esne Bidearen errotazio-abiadurarekin sinkronizatuta dago gutxi gorabehera. Lur bereziaren hipotesia defendatzen dutenek Eguzkiak beso kiribilak oso gutxitan zeharkatu dituela esaten badute ere, Karen Masters astronomoak kalkulatu du Eguzkiaren orbitak beso kiribil nagusi batetik pasarazten duela 100 milioi urtetik behin. Hainbat ikerlarik proposatzen dute Lurrean gertatu diren desagertze masiboak beso nagusi honetik igarotzearen ondorio izan daitezkeela.

Andromeda eta Esne Bideak antzeko masa dute, baina Andromeda galaxia kiribil arrunt bat den bitartean, Esne Bideak ezohikoa den historia lasai eta egonkor bat du. Azken 10 mila milioi urteetan gutxienez, ohikoa dena baino kolisio gutxiago jasan ditu beste galaxia batzuekin; bizi konplexuaren garapena erraztu ahal izango lukeena. Esne Bidearen erdiguneko zulo beltzaren aktibitate-maila ere garrantzitsua izan zela uste da gertaera honentzako.

Izar mota zuzenetik distantzia egokira orbitatzea

Bizia sekuentzia nagusiko izarretan

Lurrak bizia daukan planeta ezagun bakarra denez, Lur bereziaren hipotesiak bizi konplexua ura egoera likidoan dagoen planeta batean bakarrik garatu daitekeela adierazten du. Ura egoera likidoan mantendu dezakeen esparrua izarraren inguruan, izar horren gune bizigarria da funtsean. Gune bizigarriak eraztun bat osatzen du izar baten inguruan. Planeta batek esparru horretatik barrurago ala kanporago orbitatzen baldin badu, tenperatura altuegia edo baxuegia izango da ura egoera likidoan mantentzeko, hurrenez hurren.

Gune bizigarria izar baten motaren eta adinaren menpe dago. Izarra zahartzen doan einean, gune bizigarria kanpoalderantz mugitzen da izarra nano zuri bilakatzen den arte, eta fase horretatik aurrera ez dago gune bizigarririk. Berotegi-efektuak ere eragin zuzena du planeta bat gune bizigarrian dagoen ala ez determinatzerakoan. Berotegi-efektuaren eragileak ur-lurruna (H₂O), karbono dioxidoa (CO₂) eta metanoa (CH₄) dira, besteak beste. Nahiz eta Lurraren atmosferan ur-lurrun kontzentrazioa gehienez ere %4koa eta karbono dioxido kontzentrazioa milioietik 400 zati izan, kantitate txiki hauek nahikoak dira planetaren tenperatura izan beharko lukeena baino 40 ºC altuagoa egiteko. Ekarpenik handiena ur-lurrunak egiten du, hodeietan dagoenarekin batera Lurraren berotegi-efektuaren ftik �era osatuz. Karbono dioxidoak %9tik &erako ekarpena egiten du.

Planeta harritsuek gune bizigarrian orbitatu beharra daukate bizia garatu eta mantentzeko. Nahiz eta Vega eta Sirius bezelako izar beroek gune bizigarri zabalak izan:

1. Izarretik urbilegi eratzen den planeta batek ezin du bizirik jasan, baina agian bizia urrunago dagoen gasezko erraldoi baten ilargi batean agertu liteke.
2. Izar beroek izpi ultramore gehiago igortzen dituzte, edozein planeten atmosferak gehiago ionizatuz.
3. Bizi aurreratua garatzeko denborarik ez dago, denbora laburragoan bilakatzen baitira erraldoi gorriak.

Artikulu hauek bizi aurreratuaren posibilitatea baztertzen dute F6 eta O1 motako (zuri-horixkak, zuriak, zuri-urdinxkak eta urdinak diren) izarren planetetan.

Ondorioz, bizia askoz ere ohikoagoak eta bizitza luzeagokoak diren nano gorrietan agertuko litzateke normalean. Hala ere, zailtasun batzuk daude biziarentzat nano gorrien inguruan:

1. Nano gorri txikiek gune bizigarri txikiak eta estuak dituzte.
2. Planeta izarretik hain gertu egon behar izateak errotazio sinkronoa izateko aukerak nabarmen handitzen ditu. Hau da, planetaren alde batean beti eguna da eta bestean gaua, tenperatura diferentzia konstanteak eta handiak sortuz, eta ez da ezagutzen zenbaterainoko egokia den horrelako ingurune bat biziarentzat.
3. Nano gorriek Eguzki-erupzio sarriagoak eta indartsuagoak izan ohi dituzte, atmosfera bat ionizatu dezaketeenak.

Artikulu hauek Lurraren antzeko biokimika duen bizi konplexuaren posibilitatea baztertzen dute nano gorrietan.

Lur bereziaren hipotesiaren bultzatzaileek bizi garatua K1 eta F7 motako (nano laranjak, horiak eta zuri-horixkak diren) izarretan bakarrik agertu daitekeela proposatzen dute. Izar hauek, tamalez, ez dira nano gorriak bezain ohikoak, hidrogenoa fusionatzen duten Esne Bideko izarren � osatzen baitute. Hala ere, zenbait exobiologok uste dute bizi konplexua eta beharbada adimenduna posible dela gainontzeko K eta M (nano gorriak) izarretan, tenperatura baxuagoetan likidoak diren disolbatzailek (metanoa, amoniakoa eta ura amoniako apur batekin nahastuta adibidez) erabiliz metabolismo motelago batean.

Bizia sekuentzia nagusia pasa duten izarretan

Bizi konplexua erraldoi gorri eta nano zurien inguruan oso nekez gerta daitekeela uste da, ezinezkoa ez bada. Batak zein besteak ez dituzte biziraupen luzeak, baina erraldoi gorriek beharbada sisteman lehenago hotzegiak ziren planetak edo gasezko erraldoien ilargiak biziaren agerpenerako egoki bilakatu ditzakete. Eguzkia bezelako izar bat erraldoi gorri bilakatzerakoan, 7 eta 22 UA-ko gune bizigarria osatzen dela kalkulatu da, mila milioi urtez mantendu daitekeena.

Izar aldagarriak

Izar aldagarrien kasuan, planeta batek hartzen duen energia-kantitatea aldakorra izatea, tenperatura-aldaketa katastrofikoak jasatea esan nahiko luke. Adibidez, nahiz eta aldi batean ura egoera likidoan mantentzeko tenperaturak egon, beste aldi luze batean ura egoera gaseosoan besterik ez litzateke existituko, edo egoera solidoan.

Planeta antolamendu egokia

Lur bereziaren hipotesiak aurreikusten du bizia jasateko gai den planeta-sistema baten antolamendua Eguzki-sistemaren antzekoa izan behar duela gutxi gorabehera, planeta harritsu eta txikiak barnean, eta gasezko erraldoiak kanpoan daudelarik. Gainera, Eguzki-sistemaren antolamendua bitxia izateaz gain, ezin hobea da: kanpoko gasezko erraldoiek Kuiper-en gerrikoko eta Oort-en hodeiko gorputzak beraiengana erakartzen dituzte grabitate-indarrarekin, Lurra bezelako barneko planeta harritsuak babestuz.

Aldi oro egonkorra den orbita

Izar baten gune bizigarritik noizbehinka igarotzen den fikziozko planeta baten irudia. Astrobiologo batzuk uste dute mota honetako planetak ez direla egokiak bizidun konplexuentzat.

Lur bereziaren hipotesiak gasezko erraldoi batek ez duela planeta harritsu batengandik urbilegi egon behar arrazoitzen du, gorputz hori bere satelite naturaletako bat ez bada behintzat. Gertutasunak bizia garatu dezakeen planeta baten orbita asaldatu dezake, gasezko erraldoiaren eragin grabitatorio zuzenaren edo gune bizigarrira migratzearen ondorioz. Dinamika Newtoniarrek orbita kaotikoak sor ditzakete, bereziki eszentrikotasun handiko orbitak dituzten planeta handiek osatutako sistema batean.

Biziaren garapenerako orbita egonkorra edukitzeko beharrak orbita-erradio laburrak dituzten gasezko erraldoien sistemak baztertzen ditu, "Jupiter beroak" ere deritzen planetak. Uste da Jupiter beroak askoz ere urrunago eratzen direla beraien ama-izarretik, eta ondoren gerturago desplazatzen direla. Prozesuan zehar, ama-izarretik gerturago zeuden planeta harritsuen orbitak modu katastrofikoan asaldatuko lituzkete.

Neurri egokiko planeta harritsua

Biziak Lurra bezalako planeta harritsuak behar dituela uste da eta; gasezko erraldoiek gainazal solidorik ez dutenez, bizi konplexua ezin dela hauetan garatu.

Txikiegia den planeta batek ezin du atmosfera lodirik eduki. Gainazaleko erakarpen grabitatorioa orduan eta ahulagoa izan, atmosferaren gas molekulek aukera gehiago dituzte beraien arteko talken bidez ihes-abiadura lortzeko, betirako alde eginez planetatik. Atmosfera finago bat okerragoa da beroa disipatzerakoan, isolatzaile termiko hobea izanik, tenperatura-diferentzia handiak sortuz. Honen adibide bezela, Marte eta Artizarra erabil daitezke. Marteren atmosfera finaren ondorioz (0,0063 atm), gainazaleko tenperaturak -143 eta 35 °C bitartean kokatzen dira. Artizarraren atmosfera lodi eta trinkoaren ondorioz (92 atm), gainazaleko tenperaturak 462 °C-tan mantentzen dira. Kasu hauetan, atmosfera lodia duen planeta batek ozeanoak mantendu ditzake, baina Marte bezalako atmosfera fina duen planeta batean ezinezkoak dira.

Bestalde, handiegia den planeta batek bere inguruan atmosfera lodiegi bat eratzeko arriskua pasa dezake, eta gainera Lurrarena baino askoz ere berotegi-efektu indartsuagoa jasan. Hala ere, atmosfera finekoak baino bizigarriagoak dira printzipioz. Atmosfera oso lodi batek, Artizarrarena bezalakoak, meteoritoak erre eta izpi kaltegarriak islatzen ditu Lurrarenak baino hobeto. Gainera, berotegi-efektuak planetaren gainazalaren tenperatura 150 ºC-tik gora igotzen ez duen bitartean, guk ezagutzen dugun proteinetan eta azido nukleikoetan oinarritutako bizia existitu daiteke (organismo termofilo eta hipertermofiloak). Atmosfera trinko baten abaintaila nagusia uraren irakite-puntuan dago: Artizarraren presio atmosferikoarekin (92 atm), ura 299 ºC-ra irakiten hasten da, likido egon ohi den esparrua praktikoki hirukoiztuz.

Neurri txikiko planeta baten nukleoa bizkorrago hozten da, eta plaken tektonikarik gertatzen bada, ez dute planeta handi batean bezainbeste iraungo.

Magnetosfera eta nukleo egokia

Planeta batek eremu magnetiko bat eduki behar du bere inguruan bizi konplexua garatu dadin, magnetosferak izar nagusitik datozen partikula kargadunak xurgatu edo alderatzen baititu. Partikula kargadun hauek oso kaltegarriak dira, erraz aldatu baitdezakete izaki bizidunen informazio genetikoa, mutazioak eta tumoreak eraginez.

Plaken tektonika

Lur bereziaren bultzatzaileek plaken tektonika ezinbestekoa dela uste dute bizi konplexuaren garapen eta sostengurako. Ward eta Brownlee-k adierazten dute bioaniztasuna, tenperatura erregulazio globala, karbonoaren zikloa eta Lurra izaki garatuentzat bizigarri egiten duen eremu magnetikoa plaken tektonikaren menpe daudela.

Ward eta Brownlee-ren ustez, Lurra da Eguzki-sisteman plaken tektonika duen planeta bakarra, eta gainontzeko planeten gainazelateko mendikateen falta erabiltzen dute ideia honen frogatzat.

Plaken tektonika konposizio kimikoaren eta iraupen luzeko bero-iturri baten (planetaren nukleoko elementuen desintegrazio erradioaktiboa) menpe dago. Kontinenteak gainera, dentsitate baxuko arroka feltsikoz osatuta egon behar dute, mantua osatzen duten arroka mafikoen gainean flotatzen dutenak. Stuart Ross Taylor-ek subdukzio-guneetan uraren labainketa eraginaren garrantzia azpimarratzen du, eta labainketa hau ozeanoen hondoan bakarrik gertatu daiteke.

Ward eta Bronwlee-z gain, Tilman Spohn-ek ere arrazoitzen du plaken tektonika ziklo biokimikoen eragile direla, eta ozeanorik gabe ez litzatekeela plaken tektonikarik edo ziklo biokimikorik gertatuko.

Plaken tektonikaren ondorio da kontinenteen jitoa, elkarrengandik banandutako lur-masak sortzen dituena, populazioen isolamenduak dakarren eboluzioak bioaniztasuna areagotuz. Bioaniztasuna garrantzitsua desagertze masiboko gertaerei aurre egiteko. Truke Amerikar Handia, orain dela 3-3,5 milioi urte gertatutako bi kontinente amerikarren bateratze tektonikoa, aldaketa nabarmenak eragin zituen lehenago bananduta zeuden bi kontinenteetan, eta animali espezie ugari desagertu egin ziren lehiakide berrien sarrerarekin.

Ilargi handi bat

Ilargia ezohikoa da zeren gainontzeko planeta harritsuek gure Eguzki-sisteman ez dute inolako satelite naturalik (Merkurio eta Artizarra) ala satelite ñimiñoak dituzte (Marte). Talka handiaren hipotesiak ezartzen du gure Ilargia Marteren neurriko planeta batek, Tea deiturikoak, Lurrarekin egindako talkaren ondorioz sortu zela; planetari bere makurdura axiala eta errotazio-abiadura azkarra emanez. Lur bereziaren hipotesiak formulatzen du planeta bizigarri batek ezin duela makurdura axial txikiegia ala handiegia izan, estimulu ebolutiboak ahulegiak ala hilgarriak izango liratekeelako, hurrenez hurren. Hipotesiaren ikuspuntutik, Lurraren markurdura egokia da. Gainera, Ilargia bezalako satelite handi baten grabitateak beti egonkortzen ditu planeta baten ardatzak izan ditzakeen makurduraren bariazioak; klima-aldaketa oldarkor eta matematikoki kaotikoak ekidinez.

Lurrak Ilargirik ez balu, Eguzkiak eragindako itsasaldiak Ilargiak eragindakoen erdia izango lirateke. Itsasaldiek putzuak uzten dituzte jaisterakoan, substantzia asko nahasten diren tokiak, eta beharbada beharrezkoak izan ziren biomolekulen sorrerarako.

Satelite handi batek plaken tektonika gertatzea ere laguntzen du planeta baten gainazalean. Ilargia sortu zuen talkak plaken tektonika ere hasi zuen beharbada, eta hori gertatu ez balitz, lurrazal kontinentalak planeta osoa estaliko luke eta ez litzateke gainazal ozeanikorik egongo. Posible da mantuaren konbekzioa agertu ez izana lurrazalaren heterogeneotasunik gabe.

Bultzada ebolutiboak konplexutasuna areagotzeko

Lurraren antzeko planetak ugariak ala urriak badira ere, batzuk uste dute bizia bakterio sinpleetara mugatzen dela normalean. Nick Lane biokimikoak adierazten duenez, zelula sinpleak (prokariotoak) Lurraren eraketatik gutxira agertu ziren, baina zelula konplexuagoak (eukariotoak) garatzeko beste 3 mila milioi urte behar izan ziren. Prokariotoak diren zelula indibidualek ezin dute eukarioto izatera iritsi, bakterio bat eukarioto baten tamainara handitu ezkero, elikagai gutxiago izango bailituzke. Teoria endosinbiotikoaren arabera, orain dela 2 mila milioi urte organismo sinple bat handiago batek ez zuen ondo fagozitatu, nolabaiteko sinbiosi bat sortuz bi zelulen artean. Antzinako organismo "hibrido" hura ugaldu egin zen, zelula eukariotoak sortuz denborarekin. Hau dela uste da eukariotoen mitokondrio eta kloroplastoek ADN propioa izatearen arrazoia.

Une egokiak eboluzioan

Bizia Lurrean nahiko azkar agertu baldin bazen ere, 800 milioi urte behar izan ziren organo konplexuen eboluziorako. Zibilazioek gutxi gorabehera 10.000 urtez existitu dira, eta irrati-komunikazioak espazioarekin 80 urte besterik ez ditu. Eguzki-sistemaren adinarekin alderatuz (4,57 mila milioi urte), denbora-tarte oso txikia da; izugarrizko klima-aldaketak, supersumendi-erupzioak eta meteorito-talka handiak urriak diren denbora-tartea. Aurrez aipatutako hondamendi naturalek bizi adimenduna gogor kaltetuko lukete, bizia orokorrean kaltetzeaz gain. Adibidez, Permiko-Triasiko desagertze masiboak, aktibitate bolkaniko jarraituak eragina, ezagutzen diren espezien �aren amaiera ekarri zuen orain dela 251,2 milioi urte. Orain dela 65 milioi urte, Chicxulub talkak Kretazeo-Paleogeno mugan (orain dela 65,5 milioi urte) ere desagertze masibo bat eragin zuen, dinosauro eta gainontzeko espezie aurreratuak hil zituena.

Ikus, gainera

• Biziaren jatorria
• Bizigarritasun planetario
• WOW seinalea
• Exobiologia

Kanpo estekak

• Datuak: Q865447