El interior de Encelado se ve realmente genial para sostener la vida
Por Evan Gough
Cuando la nave espacial Voyager de la NASA visitó Encelado, la luna de Saturno, encontraron un cuerpo con características superficiales heladas, reflectantes y jóvenes. Algunas partes de la superficie eran más antiguas y estaban marcadas con cráteres, pero el resto claramente había sido repavimentado. Era una clara evidencia de que Encelado estaba geológicamente activo. La luna también está cerca del anillo E de Saturno, y los científicos creen que Encelado podría ser la fuente del material en ese anillo, lo que indica aún más actividad geológica.
Desde entonces, hemos aprendido mucho más sobre la luna gélida. Es casi seguro que tiene un océano subterráneo cálido y salado debajo de su exterior helado, lo que lo convierte en un objetivo principal en la búsqueda de vida. La nave espacial Cassini detectó hidrógeno molecular, una fuente potencial de alimento para microbios, en columnas provenientes del océano subsuperficial de Encelado, y eso impulsó la conversación sobre el potencial de la luna para albergar vida.
Ahora, un nuevo artículo utiliza modelos para comprender mejor la química de Encelado. El equipo de investigadores que está detrás dice que el océano subterráneo puede contener una variedad de sustancias químicas que podrían sustentar una comunidad diversa de microbios.
En lo que respecta a la búsqueda de vida en otras partes del Sistema Solar, Encelado marca muchas casillas. La sexta luna más grande de Saturno tiene unos 500 km (310 millas) de diámetro y parece tener un océano global enterrado bajo una capa de hielo. Y ese océano probablemente sea cálido y salado y contenga algunos químicos interesantes. Según la nueva investigación, hay varias vías entre estos productos químicos que podrían sustentar la vida.
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Este mosaico de imágenes en color de la Voyager 2 muestra la superficie de Encelado cubierta de agua helada. Partes de la superficie de la luna son viejas y con cráteres, pero otras partes son jóvenes y brillantes, lo que indica actividad geológica. Créditos de imagen: NASA / JPL / USGS |
El título del artículo es "Los procesos de oxidación diversifican el menú metabólico en Encelado". La autora principal es Christine Ray, Ph.D. estudiante del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Texas, San Antonio. Ray también trabaja en la División de Ingeniería y Ciencias Espaciales del Southwest Research Institute (SwRI). El artículo se publica en la revista Science Direct.
Este trabajo fue impulsado por el descubrimiento en Cassini de hidrógeno molecular en columnas de vapor provenientes de Encelado.
"La detección de hidrógeno molecular (H2) en la columna indicó que hay energía libre disponible en el océano de Encelado", dijo el autor principal Ray en un comunicado de prensa. “En la Tierra, las criaturas aeróbicas o que respiran oxígeno consumen energía en materia orgánica como glucosa y oxígeno para crear dióxido de carbono y agua. Los microbios anaeróbicos pueden metabolizar el hidrógeno para crear metano. Toda la vida se puede destilar en reacciones químicas similares asociadas con un desequilibrio entre los compuestos oxidantes y reductores".
El desequilibrio al que hace referencia Ray crea un gradiente de energía crítico para la vida. El gradiente de energía permite el intercambio de energía entre un organismo y su entorno. Los procesos alrededor de estos gradientes son fundamentales para muchos aspectos de la biología, como la fotosíntesis y la respiración. Si un sistema está en equilibrio, no hay gradiente de energía, lo que crea una barrera para la vida.
Cuando se descubrió hidrógeno molecular en las columnas procedentes de Encelado, trazó un paralelo con los respiraderos hidrotermales del océano profundo aquí en la Tierra. En esos respiraderos, el hidrógeno proporciona una fuente de energía para todo un ecosistema. La gente inmediatamente comenzó a preguntarse si lo mismo podría ser cierto para Encelado.
Pero este estudio lo lleva más allá. Los autores querían saber si podría haber otras vías de energía en el océano de Encelado que propiciaran la vida.
"Nos preguntamos si otros tipos de vías metabólicas también podrían proporcionar fuentes de energía en el océano de Encelado", dijo Ray. "Debido a que eso requeriría un conjunto diferente de oxidantes que aún no hemos destectado en la columna de Encelado, realizamos un modelo químico para determinar si las condiciones en el océano y el núcleo rocoso podrían respaldar estos procesos químicos".
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Representación artística que muestra una sección transversal interior de la corteza de Encelado, que muestra cómo la actividad hidrotermal puede estar causando las columnas de agua en la superficie de la luna. Créditos: NASA-GSFC / SVS, NASA / JPL-Caltech / Southwest Research Institute |
Cuando se trata de Encelado y la vida, la disponibilidad de energía es clave. Los autores escriben en su artículo que "los compuestos que podrían usarse en reacciones metabólicas deben estar presentes en concentraciones de desequilibrio, de modo que la biología pueda extraer energía del medio ambiente para impulsar el sistema hacia el equilibrio".
Cassini nos mostró que gracias al hidrógeno molecular, hay al menos una vía para la vida. Los químicos necesarios están presentes para que tenga lugar la metanogénesis. Es entonces cuando el hidrógeno molecular se oxida con dióxido de carbono para producir metano. Esta vía es común en la Tierra, incluso en el intestino humano, donde las arqueas usan la metanogénesis.
Como no hay naves espaciales cerca de Encelado y no hay forma de recopilar el tipo de datos necesarios, el equipo recurrió a modelos. Se preguntaron si otros oxidantes además del dióxido de carbono podrían estar presentes en Encelado, posiblemente por debajo del umbral de detección de Cassini, que podrían proporcionar otra vía para la vida.
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Las imágenes de Cassini de Encelado, la luna de Saturno, iluminadas a contraluz por el sol, muestran las fuentes en forma de fuente del fino rocío de material que se eleva sobre la región del polo sur. Esta imagen fue tomada mirando más o menos de costado las fracturas de "rayas de tigre" observadas en imágenes anteriores de Encelado. Muestra plumas discretas de una variedad de tamaños aparentes por encima del limbo (borde) de la luna. Esta imagen fue adquirida el 27 de noviembre de 2005. Crédito de la imagen: NASA / JPL / Space Science Institute |
De lo que se trata realmente este estudio es de la relación entre energía y biología. Para explorar esa relación en Encelado, los autores se centraron en dos conceptos clave: la afinidad química y el flujo de energía.
La afinidad química es la capacidad de diferentes sustancias químicas para formar compuestos y, según los autores, también es "... la cantidad de energía libre disponible en una reacción metabólica". El flujo de energía "... determina cuánta biomasa se puede mantener en estado estable", según los autores. Mucho de esto se reduce a oxidantes. En esencia, la producción de oxidantes determina cuánta energía está disponible para la vida.
Los autores querían modelar la producción de oxidantes en Encelado por dos razones: “para 1) restringir el presupuesto de oxidantes o las concentraciones y flujos de oxidantes metabólicamente significativos en el océano, y 2) determinar si estas vías metabólicas adicionales podrían proporcionar suficiente energía para la vida."
Para explorar todo eso, modelaron tres casos diferentes, como se muestra en la figura siguiente.
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Esta tabla del estudio muestra el total de células que podrían estar respaldadas por nuestra lista de reacciones redox metabólicas, según los requisitos de energía de mantenimiento para cultivos de células de quimiostato. Las células pueden ser apoyadas por todas nuestras reacciones aeróbicas y anaeróbicas consideradas, excepto en algunas condiciones del Caso II, donde los flujos de energía fueron insuficientes para sustentar cualquier vida. Por lo tanto, los recuentos de celdas correspondientes son iguales a cero. Crédito de la imagen: Ray et al 2020. |
Entonces, ¿qué fue lo que encontraron?
Descubrieron que, según sus modelos, podría haber suficiente producción de oxidantes para crear otras vías para la vida. El hielo superficial podría descomponerse con energía y liberar oxidantes. Esto puede suceder de varias formas.
“Hemos demostrado que la producción de oxidantes radiolíticos en Encelado podría conducir a desequilibrios redox en el océano, lo que podría proporcionar energía para sustentar la vida putativa. La radiólisis del hielo superficial, junto con el transporte de hielo al océano en la región geológicamente activa de la franja de tigre, puede entregar hasta 9,4 × 1015 moles de O2 y 3,3 × 1016 moles de H2O2”, escriben en su estudio.
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En 2005, los datos de Cassini mostraron que las características denominadas "Rayas de tigre" en la región del polo sur de Encelado son puntos cálidos. Imagen: NASA / JPL / GSFC / SwRI / SSI |
También encontraron que la desintegración de un isótopo radiactivo de potasio (K) podría producir oxidantes.
"Los electrones y los rayos gamma liberados como resultado de la desintegración de 40K átomos en el océano pueden producir otros 4,2 × 1016 moles de O2 y 1,4 × 1015 moles de H2O2 directamente en el océano".
"Comparamos nuestras estimaciones de energía libre con los ecosistemas de la Tierra y determinamos que, en general, nuestros valores de metabolismo aeróbico y anaeróbico cumplen o superan los requisitos mínimos", dijo Ray en el comunicado de prensa. "Estos resultados indican que la producción de oxidantes y la química de la oxidación podrían contribuir a mantener una posible vida y una comunidad microbiana metabólicamente diversa en Encelado".
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Esta figura del estudio muestra la cantidad de hidrógeno molecular, oxígeno molecular y peróxido de hidrógeno producidos debido a la descomposición del potasio 40 con el tiempo. Crédito de la imagen: Ray et al, 2020. |
Eso en sí mismo es emocionante. Pero hay más.
“Ahora que hemos identificado posibles fuentes de alimentos para los microbios, la siguiente pregunta es '¿cuál es la naturaleza de los compuestos orgánicos complejos que salen del océano?'”, Dijo el Dr. Hunter Waite, director del programa SwRI, coautor de el nuevo papel. "¡Este nuevo artículo es otro paso para comprender cómo una pequeña luna puede sustentar la vida de maneras que superan por completo nuestras expectativas!"
Al igual que muchos modelos e investigaciones sobre otros mundos, estos resultados son a la vez tentadores y un poco frustrantes. Tenemos que esperar a que otra misión a Encelado confirme o excluya. Necesitamos otra nave espacial, con suerte con instrumentos más finos, para viajar a través de las plumas de Encelado y tomar más medidas.
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Las "fuentes" de Encelado. Crédito: NASA / JPL / SSI |
"Una futura nave espacial podría volar a través de la columna de Encelado para probar las predicciones de este artículo sobre la abundancia de compuestos oxidados en el océano", dijo el Dr. Christopher Glein, científico investigador principal de SwRI, otro coautor. “Debemos ser cautelosos, pero me resulta estimulante reflexionar sobre si podría haber formas de vida extrañas que se aprovechen de estas fuentes de energía que parecen ser fundamentales para el funcionamiento de Encelado”.
Una misión a Encelado se encuentra en la etapa conceptual en este momento. Enceladus Life Finder de la NASA es una propuesta para enviar un orbitador de energía solar a Encelado. El Life Finder orbitaría Saturno, pero volaría repetidamente a través de las columnas de vapor de Encelado tomando medidas. Se propuso en 2017 pero no se seleccionó, pero la idea sigue viva.
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Ilustración de un artista de las plumas de Encelado. Créditos de imagen: NASA / JPL-Caltech |
Por ahora, la última palabra es para los autores. En su conclusión, escriben: “Hemos demostrado que, además de la metanogénesis, las reacciones aeróbicas y/o anaeróbicas en cada uno de nuestros tres casos pueden cumplir con el requisito mínimo de energía libre para la vida terrestre, y proporcionar energía de mantenimiento para apoyar vida celular dentro de Encelado".
"La producción de oxidantes radiolíticos y la química redox en el océano y el lecho marino de Encelado son, por lo tanto, capaces de apoyar los procesos metabólicos más allá de la metanogénesis, generando la posibilidad de una comunidad microbiana metabólicamente diversa en el océano de Encelado".
Modificado por orbitaceromendoza
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