La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Modelos antrópicos de evolución y aparición de vida compleja

Posted by Carlos en abril 30, 2008

Siempre que se considera la posibilidad de existencia de vida fuera de la Tierra y se intenta cuantificarla, es inevitable tener en cuenta el sesgo observacional que nuestra propia existencia como observadores introduce. Dada la diversidad y abundancia de formas de vida que nos encontramos en la Tierra, y dada la enorme escala del Universo, la idea de que no haya vida (simple, compleja o incluso inteligente) en ningún otro lugar suele repeler nuestra intuición. Con independencia de que nuestra intuición esté o no en lo cierto, es indudable que el hecho de que estemos aquí es la consecuencia de toda una serie de circunstancias de índole cosmológica, astronómica, geológica, y biológica. Centrándonos en este último aspecto, somos el resultado de un largo camino evolutivo a lo largo del cual han tenido lugar eventos de mayor o menor probabilidad. La hipótesis de la Tierra Rara, formulada como reacción a la aparente paradoja de Fermi, nos indica que algunos de estos eventos han de ser bastante improbables, y el análisis de las implicaciones que ello conlleva arroja consideraciones que pueden ser de gran interés.

Un estudio de este tipo ha sido realizado por Andrew J. Watson, de la Universidad de East Anglia, en un trabajo titulado

que acaba de ser publicado en Astrobiology. Este trabajo estudia la distribución de este tipo de eventos “improbables” y muestra como puede establecerse una correspondencia razonablemente sólida (en términos probabilisticos) con las principales transiciones evolutivas de las que tenemos constancia. El artículo de Watson comienza con una observación a la que no siempre se le presta la debida atención: ya hemos cubierto aproximadamente el 80% de la ventana temporal durante la cual la Tierra ha sido y será habitable (para formas de vida compleja). El mantenimiento de la biosfera depende entre otros factores de que la temperatura no supere un umbral de en torno a 50ºC, y de que la concentración de CO2 sea al menos de unas 10 ppm. Por lo que conocemos de la futura evolución de la luminosidad del Sol y de los ciclos del CO2 atmosférico, en un periodo de 1.0±0.5 Ga (1Ga=1000 millones de años) las condiciones dejarán de ser aceptables.

El hecho de que la vida inteligente haya surgido en una fase tardía del periodo de habitabilidad de la Tierra sugiere que no es un fenómeno sumamente probable a priori (o de manera más precisa, el hecho de que no haya surgido en una fase temprana no apoya que el surgimiento de vida inteligente sea un fenómeno muy probable). Watson elabora en este sentido un modelo de Brandon Carter en el que se asume la existencia de un número n de pasos críticos, cada uno con una probabilidad por unidad de tiempo λi. La criticidad de estos pasos se traduce en el hecho de han de darse de manera consecutiva, y de que si th es el tiempo de habitabilidad de la Tierra, entonces λith<<1. En estas circunstancias, puede demostrarse que la probabilidad de que se hayan producido los n pasos tras un tiempo t es

P_{n/n}(t) \approx L \prod_{i=1}^n \lambda_it^{n-1}

Si se ajusta la constante K  al hecho conocido a posteriori de que existimos sobre la Tierra, obtenemos

P_{n/n}(t) = nt^{n-1}t_h^{-n}

Calculando la esperanza matemática del momento t en el que se realizan los n pasos críticos se obtiene

E[t_{n/n}] = \frac{n}{n+1}t_h

Suponiendo que la Tierra empezó a ser habitable hace unos 4 Ga y que lo seguirá siendo 1 Ga más, lo anterior sugiere que ha habido 4 pasos críticos en nuestro caso, aunque esto depende mucho de la estimación futura (si la Tierra sólo fuera habitable 0.5 Ga más, n podría ser 8). En cualquier caso, el resultado más interesante puede ser que el tiempo esperado hasta que se dé el paso m-ésimo es

E[t_{m/n}] = \frac{m}{n+1}t_h

esto es, los eventos críticos suceden en promedio a intervalos regulares dentro de la ventana de habitabilidad (siempre con la condición a posteriori de que se satisfagan todos dentro de la misma). Bajo esta premisa, puede evaluarse la criticidad de eventos evolutivos históricos sobre la base de cuál es la probabilidad de que se dieran en el momento en el que lo hicieron (ya que se tiene una estimación de la distribución de probabilidad de los eventos críticos para un número cualquiera de los mismos). Así, un modelo basado en 7 pasos críticos indica que la aparición de código genético o de reproducción sexual habrían ocurrido de manera excepcionalmente temprana para lo que cabría esperar. Sin embargo, un modelo de 5 pasos críticos encaja bastante bien. Dichos pasos críticos serían:

  1. Aparición del código genético (establecimiento del flujo de información clásico determinado por el dogma central de la biología), ocurrido hace unos 3.5 Ga, lo que resulta en una probabilidad del 41%.
  2. Aparición de los eucariotas, ocurrido hace 2.5-1.5 Ga, lo que arroja una probabilidad del 66%.
  3. Reproducción sexual, ocurrida también hace 2.5-1.5 Ga, lo que indica una probabilidad del 32%.
  4. Diferenciación celular, ocurrida hace 1.0-0.6 Ga, lo que arroja una probabilidad del 41%.
  5. Transición de primates a humanos modernos hace 0.001 Ga, lo que resulta en una probabilidad del 33%.

Este análisis -además de apoyar la hipótesis de la tierra Rara- proporciona algunas indicaciones sobre lo que cabe esperar de la vida fuera de la Tierra. En primer lugar, la abiogénesis parece un evento probable, con un tiempo esperado de ocurrencia de 0.1 Ga. Sin embargo, el desarrollo de vida compleja es mucho más improbable. Por lo tanto, podría esperarse que el Universo estuviera lleno de formas simples de vida, similares a los procariotas, pero sólo podría esperarse la existencia de formas complejas de vida en los raros casos en los que la secuencia de pasos necesarios se hayan dado. Si además llegan a ser inteligentes, posiblemente llegarán también a esta misma conclusión.

Anuncios

9 comentarios to “Modelos antrópicos de evolución y aparición de vida compleja”

  1. jjmerelo said

    El más improbable es la aparición de la reproducción sexual, ¿no? Sin embargo, no está tan claro que sea un evento esencial.

  2. En parte relacionado con esto, he leído este estupendo post.

    http://www.technologyreview.com/Infotech/20569/page1/

    Muchas gracias por otro estupendo post.

  3. Carlos said

    JJ, en realidad los valores precisos de las probabilidades no son tan importantes como el hecho de que sean valores razonablemente altos. Por ejemplo, con el modelo de 7 pasos críticos la reproducción sexual sería un evento inusualmente temprano (<10% de probabilidad), y la aparición del código genético podría considerarse estadísticamente improbable en el momento que se produjo (<3%).

    Sobre la criticidad del sexo, tenemos el problema de razonar a partir de una única muestra de planeta habitado. Acuérdate de la charla de Dawkins, Wolpert y Jones en la que admitían que no sabían el porqué del sexo. Pueden conjeturarse diferentes explicaciones, y la verdad es que la ubicuidad de la reproducción sexual en formas de vida compleja debe obedecer a alguna ventaja evolutiva. Como dice el adagio, algo tendrá el agua cuando la bendicen…

  4. Carlos said

    Gracias Paco. Es interesante el enlace que envías. El argumento de Bostrom no me parece muy sólido, ya que se asume que hay una única razón que explica la paradoja de Fermi, y que lo que haya pasado en otro lugar de la galaxia pasará aquí también. Creo que el mismo razonamiento del modelo anterior en relación a la ocurrencia de un evento cerca del inicio de la ventana de habitabilidad puede aplicarse a escala cósmica, y a lo mejor entonces puede que el “Gran Filtro” no sea más que un cedazo playero 😉 .

  5. Carlos said

    Hace años Sagan en su famosa serie “Cosmos” popularizó una formula con fines similares. Está en:

    http://danii.wordpress.com/2006/12/20/homenaje-a-carl-sagan/

    Al margen de ambas y debido a mi escepticismo exacerbado, creo que debemos reflexionar como si tuviéramos la certeza de que somos los únicos seres con “inteligencia” en el universo.

  6. […] Modelos antrópicos de evolución y aparición de vida compleja […]

  7. Nergal said

    me parece interesante el hecho de que se tienda a pensar que somos el ultimo paso de la evolucion o, al menos, el ultimo de los pasos criticos de ésta. Yo lo dudo

  8. Carlos said

    En realidad el modelo intenta aproximar la probabilidad de que surja inteligencia como la nuestra. Puede haber más pasos críticos hacia algún estadio superior, en cuyo caso los seres que lo ocupan podrían hacer razonamientos análogos, obteniendo probabilidades todavía más bajas.

  9. makarena said

    Entonces?
    En que año aproximadamente se origino la reproduccion sexual ????
    Creo qe 2000-1500 millones de años o no?

Sorry, the comment form is closed at this time.

 
A %d blogueros les gusta esto: