Traducido por José Luis García Herrero

Haz clic sobre la imagen para ampliarla Imagen de Marte cedida por NASA; imagen de la Tierra cedida por el Centro Alemán de Aeronáutica y Astronáutica

Un enorme impacto de meteorito y luego un viaje de los restos del impacto desde Marte. ¿Es así como apareció la vida en la Tierra? Cornelia Meyer nos lleva de viaje por el espacio por medio de la teoría de la litopanspermia y nos describe cómo está poniendo a prueba dicha teoría con la ayuda de algunos compañeros. El 7 de Agosto de 1996, científicos de la NASA anunciaron la identificación de estructuras que parecían bacterias microscópicas en el meteorito marciano ALH84001, encontrado en Allan Hills (Antártica). Aunque los científicos no se ponen de acuerdo sobre el significado de este meteorito, la pregunta es inevitable: ¿hubo vida en Marte?

Cuando los cometas y los asteroides impactan contra los planetas, pueden arrancar fragmentos de roca que son catapultados al espacio y, como en el caso del meteorito de Allan Hills, a veces aterrizan sobre otros planetas en forma de meteoritos (ver glosario). Esto ha dado lugar a muchas especulaciones. ¿Sería posible que las primeras formas de vida aparecieran en Marte en vez de en la Tierra, o quizás en algún otro planeta lejano? Si fuera así, ¿podrían los meteoritos haber traído la vida a la Tierra?

En 2007, tres estudiantes de postgrado (Ralf Moeller, Thomas Berger y Jean-Pierre de Vera) y yo decidimos investigar esta idea, conocida como teoría de la litopanspermia (ver la imagen superior), en tres etapas:

1. La eyección de organismos vivos al espacio sobre un meteorito.
2. El efecto del viaje especial sobre los organismos vivos.
3. Su supervivencia al entrar en contacto con la atmósfera y la superficie terrestre.

La teoría de la litopanspermia, ¿sólida como una roca?

La teoría de la litopanspermia (del griego: lithos: roca, pan: todo, sperma: semilla) fue propuesta en 1903 por el científico sueco Svante Arrhenius. En general, la idea no está ampliamente aceptada, aunque hay algunas pruebas que la sostienen:

La existencia de meteoritos marcianos y lunares en la Tierra. La presencia de material orgánico y (posiblemente) fósiles microbianos en el meteorito de Allan Hills (ver imagen). Cuando grandes cometas o asteroides impactan sobre planetas, se eyectan fragmentos de roca con velocidad suficiente para vencer la gravedad y abandonar el planeta (como meteroides). La capacidad de las esporas bacterianas para sobrevivir a las ondas de choque provocadas por el impacto. La resistencia ultravioleta de los microorganismos a las bajas temperaturas que reinan en el espacio. La supervivencia durante millones de años, en ámbar o sal, de las esporas bacterianas.

Imagen de microscopía electrónica de alta resolución en la que se muestra una estructura poco habitual con forma de tubería (de tamaño menor que la centésima parte de un cabello humano) que podría representar los restos de una bacteria extraterrestre encontrada en el meteorito ALH84001, cuyo origen se cree localizado en Marte Imagen cortesía de NASA

• La supervivencia de esporas bacterianas en el espacio hasta seis años.
• Las pruebas paleogeoquímicas de antiguos ecosistemas microbianos en la Tierra, que necesitaron solo unos 400 millones de años para evolucionar desde simples moléculas precursoras hasta la vida celular.

1. Comienza el viaje

Como parte de nuestras tesis de máster y doctorado, investigamos la viabilidad de la primera etapa: la fase de eyección, en la que el material vivo es lanzado al espacio a través del impacto de un meteorito (Horneck et al, 2008; Stöffler et al, 2007). Para simular el evento, tomamos dos planchas de roca, con la idea de que fueran similares a las rocas marcianas, dispusimos una capa de microorganismos entre ellas, colocamos este “sándwich” en un cilindro de hierro y lo hicimos explotar con TNT.

Teníamos buenos razones para usar microorganismos en este experimento. En la Tierra, sólo los microbios son capaces de sobrevivir en entornos extremadamente hostiles, así que tenían mayor probabilidad de sobrevivir al experimento. Además, al ser organismos sencillos, podrían ser similares a las supuestas primeras formas de vida marciana. Los microorganismos seleccionados fueron esporas bacterianas, cianobacterias y líquenes que viven en el interior de las rocas o sobre su superficie, y cuya supervivencia en condiciones espaciales simuladas es conocida.

Cornelia Meyer, Ralf Moeller y Jean-Pierre de Vera Imagen cortesía de Cornelia Meyer

También seleccionamos las rocas con detenimiento. Para descubrir si un meteorito proviene de Marte, se compara su composición con la de las rocas encontradas sobre la superficie marciana. Los meteoritos marcianos encontrados en la Tierra con más frecuencia se conocen como sergotitas basálticas y se forman a partir de la actividad volcánica. Por lo tanto, para nuestro experimento utilizamos basalto, muy abundante en la Tierra y similar a las rocas marcianas.

En repetidos experimentos se comprobó que en las explosiones de TNT se sometió a los microorganismos a presiones de entre 50000 y 500000 bar. Estas presiones son similares a las que generarían impactos de meteoritos sobre Marte, dando lugar a cráteres de más de 75 km de diámetro y eyectando rocas marcianas al espacio. La compresión de la explosión también expuso a los microorganismos a temperaturas de hasta 1000ºC. Aunque tales condiciones deberían aniquilar la vida, a 400000 bar (400000 veces la presión atmosférica) el 0,02% de los microorganismos sobrevivieron.

En la actualidad, las temperaturas en Marte oscilan entre -143ºC en los polos y +27ºC en el ecuador. Aunque se piensa que Marte fue más cálido que en la actualidad, se debería haber enfriado antes que la Tierra al perder su atmósfera. Esto quiere decir que en la época de la supuesta transferencia de vida desde Marte a la Tierra (hace unos 20 millones de años), Marte ya habría alcanzado las bajas temperaturas que tiene actualmente. Por lo tanto, para simular mejor las condiciones marcianas en nuestro segundo experimento, utilizamos hielo seco (dióxido de carbono sólido) para enfriar la muestra a -80ºC antes de explosionarla, y encontramos que algunos microorganismos sobrevivieron a presiones de incluso 500000 bar. En el experimento anterior, sin refrigeración, ningún microorganismo había sobrevivido a esa presión.

Durante los experimentos, los microorganismos estuvieron expuestos a altas temperaturas y presiones sólo durante unos segundos, al igual que habría sucedido en el caso de un impacto real de un meteorito sobre la Tierra. Por lo tanto, la primera parte de la teoría de la litopanspermia parece ser plausible: organismos sobre rocas pueden sobrevivir al ser enviados al espacio.

2. El viaje espacial: concurso SUCCES de la ESA para universitarios

A continuación, decidimos tomar parte en un concurso para tener la oportunidad de investigar la segunda etapa de la teoría de la litopanspermia: ¿podría un organismo vivo sobrevivir al frío extremo, a la radiación cósmica y al vacío durante un largo viaje espacial? En el concurso para estudiantes SUCCESS^w1, organizado por la Agencia Espacial Europea (ESA), se ofrecía la oportunidad de enviar un experimento a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) en Noviembre de 2009.

Desde la década de los 80, varios experimentos han demostrado que existen microorganismos capaces de sobrevivir en el espacio (e.g. Mileikowsky et al, 2000). Sin embargo, los microorganismos de estas pruebas se encontraban aislados de la radiación por medio de aluminio, o sólo pasaron unos cuantos días en el espacio. Pero, ¿durante cuánto tiempo podrían sobrevivir en el espacio? Queremos utilizar la ISS para llevar a acabo una investigación más realista sobre el efecto de las condiciones espaciales sobre organismos vivos.

Nuestra sugerencia fue construir un meteorito artificial cargado de microorganismos y sensores para medir rayos cósmicos y temperatura. Cortaremos una roca basáltica en ocho partes, haciendo cavidades en las que depositar los microorganismos y los sensores. Sellaremos las cavidades con roca, y uniremos los ocho pedazos de roca para obtener una estructura hermética. El meteorito artificial será transportado a la ISS, colocado sobre una plataforma de aluminio en el exterior de la Estación y expuesto a las condiciones espaciales durante seis meses. Un segundo meteorito artificial se quedará en la Tierra como muestra de referencia. Una vez que el meteorito esté de vuelta en la Tierra, los biólogos Ralf y Jean-Pierre determinarán el ratio de supervivencia de los microorganismos y estudiarán los cambios fisiológicos acaecidos a causa de las condiciones espaciales. Como mineralogista del equipo, yo investigaré los efectos del “clima espacial” (space weathering)sobre el meteorito artificial. Este término engloba los procesos que actúan sobre los cuerpos que se encuentran en las duro entorno espacial: radiación cósmica, vientos solares, bombardeo de meteoritos… También compararemos las propiedades físicas del meteorito artificial con las de la roca de referencia que se quedará en la Tierra.

Paneles en los que se muestran experimentos en la ISS, similares al meteorito artificial planeado Imagen cortesía de Cornelia Meyer

Además de proporcionar pruebas que apoyen la teoría de la litopanspermia, estos resultados podrían aportar información sobre los efectos del space weathering sobre las propiedades ópticas de la roca. Estas propiedades son importantes para la observación de asteroides, ya que la espectroscopia óptica se usa para determinar su composición elemental. Tener más conocimientos sobre los efectos del space weathering podría ayudar a los científicos a determinar si los meteoritos encontrados en la Tierra y los asteroides observados en el espacio provienen de los mismos cuerpos.

3. ¿Un nuevo experimento? El aterrizaje suave

Incluso siendo plausibles las dos primeras partes de la teoría de la litopanspermia – los microorganismos podrían sobrevivir a la eyección de su planeta de origen y a un largo viaje a través del espacio -, ¿podrian sobrevivir en otro planeta? Astrobiólogos del Centro Alemán de Aeronáutica y Astronáutica han sugerido que existen microorganismos en la Tierra que podrían sobrevivir durante un tiempo en Marte ^w2. Esto indica que las formas de vida marciana podrían también sobrevivir en la Tierra, suponiendo que sobrevivieran al impacto. Sin embargo, por el momento se tienen muy pocos conocimientos sobre qué ocurriría si un meteorito con organismos vivos aterrizara sobre la Tierra, aunque disponemos de información que nos permite especular al respecto.

Cuando los objetos penetran la atmósfera terrestre a gran velocidad, sus superficies se ven expuestas a temperaturas muy altas debido al rozamiento. Sin embargo, aunque las temperaturas de las capas externas del meteorito son lo suficientemente altas como para derretir la roca o incluso evaporarla, el interior del meteorito mantiene una temperatura cercana a la del espacio: -273ºC (0 K).

Impacto de un meteorite sobre la Tierra Imagen cortesía de iStockphoto

Muy a menudo, los meteoritos se fragmentan al chocar contra el suelo. Si algunos organismos sobrevivieran al impacto –protegidos de las enormes temperaturas de la superficie- podrían de esta manera ser liberados y empezar a colonizar la Tierra. Experimentarían un enorme y súbito cambio de temperatura, desde los -273ºC del núcleo del meteorito hasta la temperatura ambiente de la Tierra, pero se sabe que los microorganismos son capaces de sobrevivir a cambios rápidos de temperatura.

¿Pruebas de la litopanspermia?

Aunque los microorganismos podrían haber sobrevivido a las tres etapas descritas en la teoría de la litopanspermia, esto no prueba que la vida en la Tierra tenga un origen extraterrestre. Y sobre todo, actualmente no sabemos si existe vida fuera de nuestro planeta, aunque su búsqueda continúa, al igual que la especulación sobre nuestros orígenes.

Cuando el grupo inició los experimentos, Cornelia Meyer completaba un máster en mineralogía en el Museo de Historia Natural^w3 de Berlín (Alemania). Ralf Moeller (Centro Alemán de Aeronáutica y Astronáutica, DLR) y Jean-Pierre de Vera (Universidad de Dusseldorf, Alemania) trabajaban en su doctorado en biología. Thomas Berger era estudiante de doctorado en física en el DLR. Ahora Cornelio es estudiante de doctorado y el resto realizan trabajos de investigación post-doctoral.

Referencias

Horneck G et al (2008) Microbial rock inhabitants survive impact and ejection from host planet: first phase of lithopanspermia experimentally tested. Astrobiology 8: 17-44

Mileikowsky C et al (2000) Natural transfer of viable microbes in space. Part 1: From Mars to Earth and Earth to Mars. Icarus 145: 391-427

Stöffler D et al (2007) Experimental evidence for the potential impact ejection of viable micro-organisms from Mars and Mars-like planets. Icarus 186: 585-588

Referencias en la web

w1 – Se puede consultar información sobre el concurso SUCCES de la ESA en: www.esa.int/esaHS/SEMU9TGHZTD_education_0.html

w2 – Para ampliar información sobre el Centro Alemán de Aeronáutica y Astronáutica: www.dlr.de/en
Para ampliar información sobre la supervivencia de microorganismos en Marte: www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-2016

w3 – Para ampliar información sobre el Museo de Historia Natural de Berlín (Alemania): www.naturkundemuseum-berlin.de/index_english.html

Recursos

Red de cursos y lecciones sobre astrobiología:

http://streamiss.spaceflight.esa.int/?pg=production&PID=alcn

Para ampliar información sobre la teoría de la panspermia:

www.karlsims.com/panspermia.html

y

www.archive.org/details/sims_panspermia_1990

Hartevelt S, Walker C (2008) The International Space Station: a foothold in space. Science in School 9: 62-65. www.scienceinschool.org/2008/issue9/iss

Marinova M (2008) Life on Mars: terraforming the Red Planet. Science in School 8: 21-24. www.scienceinschool.org/2008/issue8/terraforming

Wegener A-L (2008) Laboratory in space: interview with Bernardo Patti. Science in School 8: 8-12. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti

Warmbein B (2007) Down to Earth: interview with Thomas Reiter. Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter

Warmbein B (2006) Launching a dream: the first European student satellite in orbit. Science in School 1: 49-51. www.scienceinschool.org/2006/issue1/sseti