ASTRONOMÍA. Encelado tiene todas las materias primas para la vida, dicen los investigadores

Encelado tiene todas las materias primas para la vida, dicen los investigadores

 

Encélado, la luna de Saturno, no sólo es brillante y hermosa. Tiene un océano debajo de todo ese hielo que tiene químicos necesarios para la vida. Fuente: NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini Imaging Team

Encélado, la luna oceánica de Saturno, está atrayendo cada vez más atención en la búsqueda de vida en nuestro sistema solar. La mayor parte de lo que sabemos sobre Encelado y su océano cubierto de hielo proviene de la misión Cassini. Cassini finalizó su exploración del sistema de Saturno en 2017, pero los científicos todavía están trabajando en sus datos.

09 noviembre 2023.- Una nueva investigación basada en datos de Cassini refuerza la idea de que Encelado tiene las sustancias químicas necesarias para la vida.

Durante su misión, Cassini descubrió columnas de agua parecidas a géiseres que brotaban a través de la capa helada de Encelado. En 2008, Cassini realizó un sobrevuelo cercano y analizó las columnas con su Analizador de Polvo Cósmico (CDA). El CDA demostró que el agua de las columnas contenía una sorprendente mezcla de volátiles, incluidos dióxido de carbono, vapor de agua y monóxido de carbono. También encontró trazas de nitrógeno molecular, hidrocarburos simples y sustancias químicas orgánicas complejas.

Pero los datos de Cassini todavía se están analizando, incluso seis años después de que completó su misión y fue enviada a la atmósfera de Saturno para su destrucción. Un nuevo artículo publicado en bioRxiv titulado "Observaciones de la composición elemental de Encelado consistente con modelos generalizados de ecosistemas teóricos" presenta algunos hallazgos nuevos. 

El trabajo se centra en el descubrimiento de amoníaco y fósforo inorgánico en el océano de Encelado. Los investigadores utilizaron teorías y modelos ecológicos y metabólicos para comprender cómo estos químicos podrían hacer que Encelado fuera propicio para la vida. "Aparte de especular sobre las concentraciones umbral de compuestos bioactivos para sustentar los ecosistemas, la teoría metabólica y ecológica puede proporcionar una poderosa lente interpretativa para evaluar si los ambientes extraterrestres son compatibles con los ecosistemas vivos", explican los autores.

Un componente crítico de la teoría ecológica es el índice de Redfield. Lleva el nombre del oceanógrafo estadounidense Alfred Redfield. En 1934, Redfield publicó resultados que mostraban que la proporción de carbono, nitrógeno y fósforo (C:N:P) era notablemente consistente en toda la biomasa oceánica en 106:16:1. Otros investigadores encontraron que la proporción cambiaba ligeramente según el área y las especies de fitoplancton presentes. Un trabajo más reciente refinó la proporción a 166:22:1.

Las cifras exactas no son necesariamente el punto crítico. La conclusión de Redfield es la parte vital. La relación de Redfield muestra una notable unidad entre la química de los seres vivos en las profundidades del océano y el océano mismo. Propuso que existe un equilibrio entre el agua del océano y los nutrientes del plancton que se basa en la retroalimentación biótica. Describió un marco químico para los nutrientes y la vida simple.

Las columnas de Encelado tienen arrastrados granos de hielo ricos en fosfato. Fuente: NASA

"Cualquiera que sea su explicación, la correspondencia entre las cantidades de nitrógeno y fósforo biológicamente disponibles en el mar y las proporciones en las que son utilizadas por el plancton es un fenómeno de gran interés", afirmó Redfield al concluir su artículo.

Entonces, ¿cómo se relaciona el descubrimiento de amoníaco y fósforo en el océano de Encelado con la proporción de Redfield y el potencial biológico de Encelado?

La proporción de Redfield está muy extendida en todo el Árbol de la Vida en la Tierra. "Debido a esta aparente ubicuidad, la proporción de Redfield se ha considerado una firma objetivo para la detección de vida astrobiológica, especialmente en mundos oceánicos como Europa y Encelado", escriben los autores del nuevo artículo. Cuando se trata de vida, lo único que tenemos es la Tierra. Por lo tanto, es sensato utilizar aspectos fundamentales de la química de la vida aquí en la Tierra como lente a través de la cual examinar otros mundos potenciales que sustentan vida.

El análisis de los datos de Cassini de las columnas de Encelado muestra un alto nivel de fosfato inorgánico en el océano. Otras simulaciones geoquímicas basadas en los hallazgos de Cassini indican lo mismo. "Estos informes sobre el fósforo siguen la línea de trabajos anteriores que identifican numerosos constituyentes elementales de la vida terrestre (C, N, H, O) de la columna de Encelado", explican los autores. Aún más análisis sugieren que el océano contiene muchas de las sustancias químicas comunes en los organismos vivos, como precursores de aminoácidos, amonio e hidrocarburos.

De modo que el océano de Encelado tiene una rica química, y muchas sustancias químicas reflejan la composición química de la vida. En particular, está surgiendo la hipótesis de que Encelado podría apoyar la metanogénesis. Las Archaea de la Tierra realizan metanogénesis en una amplia gama de diferentes condiciones ambientales en la Tierra y lo han hecho durante más de tres mil millones de años, lo que demuestra su capacidad de supervivencia. Los modelos bioquímicos sugieren que los metanógenos de la Tierra son compatibles con el océano de Encelado.

Los investigadores desarrollaron un modelo nuevo y más detallado para los metanógenos en Encelado para ver si podían sobrevivir y prosperar allí. Su modelo se apoyaba en gran medida en el ratio de Redfield. Descubrieron que, aunque el fósforo está presente en altos niveles en el  de la Luna, la proporción general "puede ser limitante para las células similares a la Tierra".

Esta figura ilustra una sección transversal de Encelado y resume los procesos que los científicos del SwRI modelaron en la luna en un estudio de 2020. Los oxidantes producidos en la superficie del hielo cuando las moléculas de agua se rompen por la radiación pueden combinarse con reductores producidos por la actividad hidrotermal y otras reacciones agua-roca, creando una fuente de energía para la vida potencial en el océano. Fuente: SwRI

"Las reservas elevadas de estos nutrientes podrían ser consistentes con una reducción incompleta debido a una biosfera pequeña o metabólicamente lenta, una biosfera con un origen de vida reciente" u otras razones que podrían causar un desequilibrio.

Entonces, ¿dónde deja eso las perspectivas de vida en Encelado?

Estamos sólo en el comienzo de la ciencia de las biofirmas. Podemos identificar sustancias químicas individuales, pero desde esta gran distancia, no podemos medir con precisión la química general de Encelado. Las investigaciones más recientes sobre firmas biológicas, incluido este artículo, tienen como objetivo identificar cómo los procesos biológicos reorganizan los elementos químicos de manera reveladora. Al observar ecosistemas completos, como hizo Redfield, los científicos pueden descubrir nuevas biofirmas que sean menos ambiguas.

Si podemos hacer eso, podemos descubrir que las formas de vida no terrestres reorganizan las sustancias químicas de maneras completamente diferentes.

Esta investigación es parte de un nuevo esfuerzo para detectar más que biofirmas químicas individuales, algunas de las cuales pueden ser falsos positivos. El metano, por ejemplo, puede ser una firma biológica pero también puede producirse de forma abiótica. Hay otros, como la fosfina recientemente descubierta en Venus.

Comprender los ecosistemas en su conjunto es el siguiente paso. Hay una cantidad desconcertante de factores a considerar; tamaño celular, disponibilidad de nutrientes, radiación, salinidad, temperatura. Pero para comprender el entorno químico general en Encelado, Europa o cualquier otro lugar, necesitamos datos más detallados.

Afortunadamente, la ciencia de los instrumentos sigue mejorando y las próximas misiones a Europa comenzarán a mostrar un panorama más completo. Según los autores, el siguiente paso requiere datos más completos y un enfoque más generalizado.

Estamos mejorando en la identificación de sustancias químicas individuales en otros mundos y el JWST está liderando el camino. Pero necesitamos una mejor comprensión de los entornos químicos en general para avanzar en la búsqueda de vida. Un espectro de transmisión del exoplaneta gigante de gas caliente WASP-39 b, capturado por el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb el 10 de julio de 2022, revela la primera evidencia definitiva de dióxido de carbono en la atmósfera de un planeta fuera del Sistema Solar. Fuente: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI). Ciencia: Equipo científico de lanzamiento temprano de la comunidad de exoplanetas en tránsito del JWST

Nuestra comprensión de la habitabilidad crece gradualmente, como muestra claramente este estudio. Probablemente no habrá momentos reveladores en los que de repente lo comprendamos.

La naturaleza ha creado una gran variedad de mundos, cada uno con su propia química. Si bien usar herramientas como la relación de Redfield como lente es una forma de ver estos mundos en todo su esplendor único, no podemos tener una visión de túnel.

Si bien la mayor parte de lo que nuestra imaginación imagina sobre la vida en otros mundos es fantasioso e improbable, la vida podría haber encontrado otra forma en Encelado. Podría haber diferentes formas en que la vida existe y reorganiza los entornos químicos.

Más información: Daniel Muratore et al, Observations of Elemental Composition of Enceladus Consistent with Generalized Models of Theoretical Ecosystems, bioRxiv (2023). DOI: 10.1101/2023.10.29.564608

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