Tres lugares de la Tierra como estar en una luna de Saturno

By 15/05/2021 Portal

Encelado es el sexto sat√©lite de Saturno y presenta caracter√≠sticas muy interesantes desde el punto de vista astrobiol√≥gico para los cient√≠ficos como foco para una futura misi√≥n de exploraci√≥n planetaria. Las mediciones de las plumas de Encelado realizadas por la nave espacial Cassini han indicado claramente que hay un oc√©ano de agua l√≠quida debajo del hielo y que es probable que este oc√©ano sea habitable para una variedad de microorganismos terrestres. Las muestras que salen de las plumas brindan una oportunidad √ļnica para la astrobiolog√≠a. Las misiones futuras pueden refinar nuestra comprensi√≥n de la habitabilidad del oc√©ano (si fuera rico en biomarcadores o el tipo de ecosistema que se puede esperar similar a la biolog√≠a de la Tierra). Los estudios in situ pueden revelar la presencia y la naturaleza bioqu√≠mica de la vida en Encelado.

Los an√°logos en la Tierra del oc√©ano en Encelado ser√≠an: un cuerpo de agua oscuro y an√≥xico pr√°cticamente sellado por hielo; un ambiente que contiene un ecosistema microbiano quimioautotr√≥fico anaer√≥bico o un respiradero hidrotermal alcalino, de baja temperatura, recirculante. Ning√ļn entorno conocido en la Tierra tiene estas tres caracter√≠sticas, pero hay sistemas que tienen alguna de ellas y nos podr√≠an ayudar a comprender el potencial astrobiol√≥gico de Encelado.

Campo Ciudad Perdida
El análogo más claro en la Tierra para los respiraderos hidrotermales en el océano de Encelado es el campo Ciudad Perdida a lo largo del Macizo Atlántico al oeste de la cresta del Atlántico medio. Las mediciones realizadas por la nave espacial Cassini respaldan la conclusión de que el agua líquida subsuperficial de Encelado está circulando a través de sistemas hidrotermales alcalinos y cálidos en el fondo del océano. En la Tierra, el descubrimiento de tales sistemas dentro de nuestro propio océano ocurrió solo recientemente, aunque su existencia se había predicho en base a observaciones geológicas.

Incluso antes de su descubrimiento, se había argumentado que los sistemas hidrotermales alcalinos podrían haber sido lugares importantes para el origen de la vida. Los entornos alcalinos como Ciudad Perdida podrían proporcionar una interfaz geoquímica que apoya la formación de vesículas lipídicas. Sin embargo, contiene un pH moderado a alto que es problemático para la estabilidad del ARN y, en menor medida, para el ADN, pero la funcionalidad del ARN puede haber sido de mucha mayor importancia para el origen de la vida tal como la conocemos. La alta salinidad, y en particular la prevalencia de cationes divalentes como el magnesio, también plantea un problema para la formación y estabilidad del ARN y otros polímeros. Dentro y debajo de las chimeneas, el hidrógeno y el metano directamente derivados de la serpentinización y la circulación de fluidos impulsan la actividad microbiana, predominantemente en forma de arqueas oxidantes de metano.

Diferencias y/o similitudes que nos encontramos:

Los supuestos sistemas hidrotermales de Encelado claramente no est√°n tan bien caracterizados como los respiraderos de la Ciudad Perdida, pero parece haber una base para su analog√≠a. Los sistemas alcalinos en Encelado pueden tener concentraciones m√°s bajas de magnesio que los fluidos de Ciudad Perdida. Otra diferencia fundamental entre los respiraderos de ambas es la energ√≠a disponible para la vida a trav√©s de varias v√≠as metab√≥licas. La qu√≠mica del penacho de Encelado indica que solo hidr√≥geno y di√≥xido de carbono est√°n definitivamente disponibles como fuente de energ√≠a redox. No se observan sulfato ni ox√≠geno, y es probable que no est√©n presentes. Por lo tanto, dada nuestra comprensi√≥n actual de la qu√≠mica de Encelado, las reacciones de oxidaci√≥n que usan estas especies, aunque importantes en la Tierra, pueden no ser relevantes para Encelado. Si el flujo de salida hidrot√©rmico en Encelado tiene una concentraci√≥n de c√©lulas similar a la observada en los fluidos de Ciudad Perdida (~ 105 c√©lulas cm-3) el material biol√≥gico podr√≠a ser detectable en una muestra recolectada por una nave espacial que vuela a trav√©s del penacho, incluso si el flujo de salida hidrot√©rmico se diluye en 10 a 1 con agua del oc√©ano ambiental, seg√ļn lo determinado por los c√°lculos bidimensionales de flujo de fluido.

En un estudio relacionado, estimaron que las concentraciones microbianas en los respiraderos hidrotermales en Encelado podrían ser comparables a las de la Tierra, al escalar el flujo geotérmico promedio en el mar debajo del terreno polar sur de Encelado al del océano Atlántico promedio, y suponiendo que la partición metabólica y energética sea igual en ambos mundos.

El lago Vida es el hogar de numerosos microbios

Desert Research Institute
El Lago Vida en los Valles Secos de la Ant√°rtida
Es el ejemplo m√°s conocido de ecosistema sellado bajo hielo puesto que no son muy comunes. Este sistema no recibe flujo de material ni luz solar. Los primeros observadores y modelos de Lago Vida asumieron que estaba congelado en su base. Sin embargo, el radar revel√≥ una constante altamente reflectante a unos 19 m debajo de la superficie del hielo en el interior del lago. La perforaci√≥n a trav√©s del hielo revel√≥ la presencia de una capa de salmuera que se extiende unos 16 metros hacia abajo. La dataci√≥n por radiocarbono de la materia org√°nica muestreada a 12 m en la cubierta de hielo del lago sugiere que la salmuera ha estado aislada durante m√°s de 2800 a√Īos.

El análisis de ensambles microbianos dentro de la cubierta de hielo perenne del lago reveló una variedad diversa de bacterias en este ecosistema sellado de salmuera. Otro resultado sorprendente del análisis del material era la mezcla de especies oxidadas y reducidas como el nitrato, nitrito o amonio que junto con el hierro y el carbono orgánico disuelto estarían presentes en niveles altos.

La salmuera de Lago Vida es rica en evidencia de vida microbiana, dominada por las bacterias y proteobacterias. Esta es una diversidad bastante grande para un ambiente de salmuera a baja temperatura, pero puede no ser un buen análogo biológico para Encelado.

Diferencias y/o similitudes que nos encontramos:

Las arqueas metanog√©nicas, que se espera sean un organismo an√°logo √ļtil para la base de cualquier ecosistema microbiano presente en Encelado, comprenden una fracci√≥n insignificante de los organismos detectados en la salmuera del Lago Vida y el metano solo se encuentra en niveles traza.

Pero lo más sorprendente son las altas concentraciones de perclorato y debido a esto la proporción de nitrato a perclorato (~ 103) es más baja que en cualquier otro lugar de la Tierra, excepto el desierto de Atacama (los valores típicos de la proporción de nitrato a perclorato en la Tierra oscilan entre 104 y 105).

El perclorato y el nitrato se habr√≠an utilizado hace mucho tiempo para oxidar material org√°nico, haciendo que su presencia junto con niveles relativamente altos de carbono org√°nico sea interesante, pero dif√≠cil de explicar. Por otro lado; los altos niveles de compuestos de nitr√≥geno disuelto y gaseoso, hierro e hidr√≥geno, sugieren que pueden ocurrir reacciones de roca-agua en la base de la salmuera, produciendo hidr√≥geno y manteniendo el desequilibrio redox. No se entiende c√≥mo funciona esto, y tambi√©n se desconoce la velocidad de tales reacciones a las bajas temperaturas, pero si se confirma dicha fuente de hidr√≥geno y est√° desempe√Īando un papel en el mantenimiento de la mezcla redox en la salmuera de Lago Vida, esto puede tener implicaciones interesantes para la qu√≠mica y la habitabilidad del oc√©ano en Encelado.

Lago Untersee

Wilfried Bauer /Wikipedia
El lago Untersee, también en la Antártida
Es un lago ultraoligotr√≥fico ubicado a ‚Äď71.342 ¬į, 13.473 ¬į en Dronning Maud Land, en la regi√≥n al sur de √Āfrica. Este lago ocupa una cuenca represada por el t√©rmino del glaciar Anuchin. El lago est√° a 563 m sobre el nivel del mar, con un √°rea de 11.4 km2, y ~ 100 m de profundidad. El Metano y otros productos biog√©nicos como el Amoniaco producido en la parte inferior se difunden hacia arriba a trav√©s de la columna de agua estancada en el canal an√≥xico. No hay fuentes o sumideros para estos gases biog√©nicos hasta que alcanzan la capa rica en ox√≠geno y se consumen por oxidaci√≥n microbiana. Esta oxidaci√≥n comienza a unos 80 m de profundidad y se completa a ~ 75 m de profundidad. Con la excepci√≥n de la capa de oxidaci√≥n, este es un modelo en miniatura de la situaci√≥n hipotetizada para Encelado basada en la detecci√≥n de hidr√≥geno y di√≥xido de carbono (as√≠ como Metano) en el penacho. Se presume que un supuesto ecosistema metanog√©nico en Encelado podr√≠a estar operando en la interfaz entre un n√ļcleo y el oc√©ano. El hidr√≥geno liberado de las reacciones en el n√ļcleo se lleva hacia afuera y ser√≠a consumido por los metan√≥genos utilizando di√≥xido de carbono de la columna de agua, an√°logo al fondo de la zona an√≥xica en el lago Untersee.

Diferencias y/o similitudes que nos encontramos:

Las esteras microbianas fotosint√©ticas carecen de carbono y absorben di√≥xido de carbono. Se ha demostrado que el consumo de di√≥xido de carbono por los fot√≥trofos puede hacer que el pH sea tan alto cuando hay un intercambio limitado de gases con la atm√≥sfera. Por lo tanto, el alto pH en el lago Untersee parece ser un efecto biol√≥gico. Si bien es probable que la fotos√≠ntesis no sea un nicho viable en Encelado, es importante considerar c√≥mo diversos procesos biol√≥gicos pueden mediar los par√°metros ambientales, como el pH. El hidr√≥geno es una probable mol√©cula de ‘combustible’ en Encelado y los metan√≥genos podr√≠an ser sus principales productores. La mayor parte de la biosfera de la superficie y del subsuelo en la Tierra se basa, en √ļltima instancia, en la fotos√≠ntesis directamente o en la descomposici√≥n heterotr√≥fica del material org√°nico producido en la superficie, que generalmente reacciona con el ox√≠geno producido desde la superficie. Esto no es relevante para el subsuelo de mundos que no tienen biosfera de superficie u otra fuente de oxidantes.

Fernando Carmona Martín. Researcher / Editor Astrobiology

Felipe Gómez Gómez. Científico del Centro de Astrobiología (INTA- CSIC)