¿Hay alguien ahí fuera? Un arca de vida Teach article
Traducido por José Luis García Herrero. 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…
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Imagen de Marte cedida por NASA;
imagen de la Tierra cedida por el
Centro Alemán de Aeronáutica y Astronáutica
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:
- La eyección de organismos vivos al espacio sobre un meteorito.
- El efecto del viaje especial sobre los organismos vivos.
- Su supervivencia al entrar en contacto con la atmósfera y la superficie terrestre.
La teoría de la litopanspermia, ¿sólida como una roca?
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 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.
- 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.
Glosario
Asteroide: uno de los numerosos pequeños cuerpos rocosos en órbita alrededor del Sol. La mayoría de los asteroides se encuentran en el “cinturón principal” entre Marte y Júpiter, pero algunos tienen órbitas que se cruzan con la de la Tierra y podrían impactar sobre su superficie.
Cometa: cuerpo helado primitivo con origen en los confines lejanos del sistema solar, con órbita elíptica alrededor del Sol. Cerca del Sol, el material helado se evapora y se aleja del cometa, formando una cola brillante.
Meteorito: roca extraterrestre caída sobre la Tierra. La mayoría de los meteoritos son fragmentos de asteroides compuestos por roca, roca y hierro, o hierro.
Meteoroide: pequeño cuerpo sólido en movimiento a través del espacio interplanetario. Tras caer a la Tierra recibe el nombre de meteorito.
1. Comienza el viaje
Jean-Pierre de Vera
Imagen cortesía de Cornelia Meyer
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.
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 SUCCESSw1, 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.
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).
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.
El concurso SUCCESS de la ESA
SUCCESS es un concurso organizado por la ESAw1 con el objetivo de recoger iniciativas de estudiantes sobre el uso de la Estación Espacial Internacional, y convierte a estudiantes de hoy en futuros usuarios de la ISS. Este concurso está abierto a estudiantes universitarios europeos de cualquier disciplina hasta el grado de máster o equivalente, y se piden proyectos de experimentos que se puedan llevar a cabo a bordo de la ISS.
El primer premio consiste en una beca de un año en el Centro de Investigación y Tecnología Espacial de la ESA en Holanda (ESTEC). El ganador podrá trabajar en su experimento para posibilitar su envío a bordo de la ISS.
Actualmente el plazo de participación está cerrado. Se prevé un nuevo concurso SUCCESS para 2010.
References
- 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
Web References
- 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
Resources
- 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.htmlywww.archive.org/details/sims_panspermia_1990
- Hartevelt S, Walker C (2008) La Estación Espacial Internacional: un punto de apoyo en el espacio. Science in School 9. www.scienceinschool.org/2008/issue9/iss/spanish
- Marinova M (2008) Vida en Marte: terraformando el Planeta Rojo. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/terraforming/spanish
- Wegener A-L (2008) Laboratorio espacial: entrevista con Bernardo Patti. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti/spanish
- 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
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