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Astronomía, Espacio, Física

Gravedad y vida

La gravedad es uno de los factores más relevantes para la aparición de vida y su existencia. Los organismos han crecido luchando contra esta fuerza, han evolucionado y adaptado su forma no sólo para sobrevivir a su presencia sino también para usarla en su propio beneficio.

Los tamaños más grandes que han existido nos dan pistas sobre los límites de tamaño que un campo gravitatorio puede permitir. Por otro lado, la propia aparición de los entornos donde la vida aparece, planetas con mares y atmósfera calentados por una estrella, está íntimamente ligada a la gravitación, pues el colapso gravitatorio es el motor de la formación estelar y planetaria.

Los primeros planetas que se descubrieron fueron gigantes gaseosos mayores que Júpiter. Pronto se vio que eran menos frecuentes conforme mayores eran. La inferencia era obvia: cuanto más pequeños ¡más frecuente tendría que ser! A fin de cuentas los asteroides del Sistema Solar son más abundantes cuanto más pequeños son. Y de igual modo las estrellas más pequeñas, llamadas enanas rojas, son las más abundantes. Por tanto hasta hace unos años, pese a apenas haberse encontrado planetas rocosos, había consenso en que estos abundaban. Pero la misión espacial Kepler lo cambió todo. Hoy día conocemos casi 3500 exoplanetas, la mayoría gracias a esa misión. Para casi 1200 de esos exoplanetas contamos con medidas de sus masas o estimaciones a partir de su tamaño. Pero cuando realizamos el histograma de sus masas, lo que observamos es lo siguiente:

La distribución de abundancias es bimodal, con un pico alrededor de planetas con la masa de Júpiter (gigantes gaseosos) y otro en las 10 masas terrestres (neptunos y supertierras). Posiblemente el pico de la izquierda sea algo más alto y ancho, pues los planetas más pequeños que la Tierra son muy difíciles de ver. Sin embargo la incompletitud de los datos no puede usarse para justificar el hueco que se observa entre ambos picos. Parece que no hay tantas “Tierras” como creíamos. De todas formas, la abundancia de supertierras es una buena noticia astrobiológica. La tectónica de placas juega un papel esencial en el mantenimiento de la biosfera en nuestro planeta, al permitir la renovación del CO2 atmosférico y con ello la existencia de un ciclo del carbono, indispensable para la vida. Cuanto más masivo es un planeta, más caliente es su interior, por lo que esperamos tectónicas activas en estas masivas supertierras. Por otro lado su mayor gravedad superficial hace también más fácil el mantenimiento de una atmósfera densa estable y permanente, que permita la existencia de líquidos superficiales.

Los tamaños más grandes que han existido nos dan pistas sobre los límites de tamaño que un campo gravitatorio puede permitir.

Probablemente la gravedad de nuestro planeta ha sido la única característica ambiental que se ha mantenido constante durante la evolución de la vida. Su efecto se aprecia a simple vista en el diseño de gran parte de los organismos, que presentan un eje de simetría en la dirección del vector de la fuerza gravitatoria. En especial, la mayor parte de las plantas presentan una simetría cónica. Pero el efecto de la gravedad no solo está grabado en la estructura sino también en la función. Las plantas presentan gravitropismo: las raíces crecen en el sentido de la atracción gravitatoria, mientras que las ramas y tallos crecen en sentido contrario. Hasta no hace mucho, desconocíamos que los organismos han desarrollado una gran diversidad de sistemas de gravipercepción: en algunos seres unicelulares las membranas responden al vector de gravedad; en plantas, animales y peces encontramos “cuerpos pesados”, como cristales de calcio, llamados estatolitos u otolitos que son imprescindibles para el equilibrio; los artrópodos poseen extensiones corporales para percibir la gravedad, etc. Uno de los motivos de esta ubicuidad es que la gravedad actúa como un factor ambiental clave para la orientación, el equilibrio y el control postural.

La gravedad es también un factor limitante
En el agua los cuerpos sufren un empuje que compensa a la fuerza de gravedad, y así la gravedad efectiva que sufre un organismo en el agua viene dada por g’ = g(1–1/d) donde d es la densidad del organismo (tomando la del agua como 1). En muchos casos d~1, con lo que la gravedad efectiva es g’~0. Es decir, en principio no debería haber límite al tamaño en el agua (en primera aproximación, pero nótese que el empuje actúa sobre la superficie corporal mientras que el peso actúa sobre el volumen: el agua no te hace completamente inmune a la gravedad). En efecto en los océanos están presentes los animales de mayor tamaño. El sábalo real es un pez grande, pero el mayor pez es el tiburón ballena que alcanza hasta 12 m de longitud, que a su vez se ve superado por el calamar gigante que pueden alcanzar más de 15 m. Pero el record de animal marino, con un máximo conocido de 33 m y 180 t, lo ostenta la ballena azul, el mayor animal que jamás ha existido. Una de las razones por las que las ballenas mueren cuando quedan varadas es porque su propio peso les aplasta los pulmones hasta la asfixia. Una masa que en tierra puede suponer la muerte por compresión, en el agua se sostiene sin dificultad.

Una de las razones por las que las ballenas mueren cuando quedan varadas es porque su propio peso les aplasta los pulmones hasta la asfixia.

En cuanto a organismos unicelulares, las primeras formas de vida, su tamaño medio parece el resultado de un equilibrio entre la gravedad, la difusión y el citoesqueleto. Sorprendentemente, la relación gravedad-tamaño obtenida en condiciones experimentales donde se varía la gravedad, vuelve a repetirse. Así, al aumentar la fuerza gravitatoria parece que los organismos unicelulares tienden a reducir su tamaño y, al revés, en condiciones de microgravedad, tienden a aumentarlo. Algo que remeda lo que vemos en organismos multicelulares.

¿Existe entonces un límite de tamaño viable para un ser vivo? La biología no ofrece todavía una respuesta satisfactoria.


Imagen de portada: Harman Smith y Laura Generosa / NASA’s Jet Propulsion Laboratory/ Wikipedia


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