Crean un modelo para analizar la posibilidad de vida en una luna de Júpiter

Científicos de Brasil comparan el escenario de la Tierra primitiva con el del satélite jupiterino Europa, que posee un enorme océano caliente bajo su corteza helada, en cuyo fondo podrían habitar microorganismos

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Europa, la luna helada de Júpiter, ha sido uno de los principales objetos de interés de la Astrobiología como un posible ambiente habitable del Sistema Solar. Sucede que por debajo de su corteza de hielo de unos 10 kilómetros de espesor, el satélite posee un océano de agua líquida de más de 100 kilómetros de profundidad. Una importante fuente de energía, producto de la interacción gravitacional con Júpiter, mantiene esa masa líquida caliente.

Por este motivo, Europa se ha convertido en un objeto sumamente interesante. Y la Nasa, la agencia espacial de Estados Unidos, está planeando una misión –probablemente para la década de 2030– cuyo propósito será el de estudiar la habitabilidad y los indicios de actividad biológica de ese océano líquido del satélite jupiterino. Se trata de un proyecto real y que ya se encuentra en marcha.

Y un grupo de científicos brasileños conformado Thiago Altair Ferreira, Marcio Guilherme Bronzato de Avellar, Fabio Rodrigues y Douglas Galante llevó a cabo una investigación teórica orientada hacia la evaluación de la habitabilidad microbiana de Europa con base en datos recabados en ambientes análogos existentes en la Tierra. El artículo que da cuenta de la misma, firmado por los cuatro investigadores, ha salido ahora publicado en Scientific Reports.

Este estudio contó con el apoyo de la FAPESP en el marco del Proyecto Temático intitulado “El Sistema Tierra y la evolución de la vida durante el Neoproterozoico”, a través de la Beca Posdoctoral “Estrellas compactas en binarias: una investigación de la composición de la materia superdensa” y de la Beca de Maestría “Los ambientes radiactivos naturales como fuentes de desequilibrio químico local y sus potenciales implicaciones prebióticas”.

“Lo que hicimos fue explorar los posibles efectos de una fuente de energía biológicamente aprovechable en Europa, con base en información obtenida en un contexto terrestre análogo”, declaró el coordinador del estudio, Douglas Galante, investigador del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) de Brasil y del Núcleo de Investigación en Astrobiología (NAP-Astrobio) del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), a Agência FAPESP. 

Al contexto terrestre análogo se lo halló en la mina de oro de Mponeng, en Sudáfrica, situada a 2,8 kilómetros de profundidad. Allí se descubrió recientemente la existencia de la bacteria Candidatus Desulforudis audaxviator, que sobrevive sin luz solar con base en la hidrólisis radiactiva del agua. 

“En esa mina subterránea de gran profundidad existen rajaduras por donde se filtra agua, con la presencia de uranio radioactivo. El uranio rompe las moléculas de agua y produce radicales libres [H⁺, OH^- y otros]. Los radicales libres atacan a las rocas de los alrededores, especialmente a la pirita [disulfuro de hierro, FeS₂], y producen sulfatos. Y las bacterias utilizan los sulfatos para sintetizar ATP [trifosfato de adenosina], el nucleótido responsable del almacenamiento de energía en las células”, describió el investigador. “Fue la primera vez que se observó un ecosistema que subsiste directamente con base en la energía nuclear.”

Según Galante y sus colegas, el ambiente colonizado por las bacterias en la mina de Mponeng constituye un excelente análogo del ambiente presuntamente existente en el fondo oceánico de Europa. 

“Estudiamos de qué manera los parámetros hallados en Mponeng podrían transponerse a Europa, de manera tal que la luna de Júpiter también exhibiese las condiciones como para albergar ecosistemas similares”, dijo Galante. 

El primero y el más obvio de los requisitos consiste en la existencia de agua líquida. La presencia de un océano líquido subterráneo en Europa se debe a la “fuerza de marea” que ejerce la poderosa atracción gravitacional de Júpiter. 

A diferencia de lo que sucede en la Luna, el satélite terrestre cuya órbita es casi circular, Europa describe una trayectoria elíptica sumamente excéntrica. Por eso sufre una deformación geométrica periódica a lo largo de su trayectoria. Cuando se acerca al planeta, su forma se estira debido al fortísimo tirón gravitacional. Cuando se aparta, su forma vuelve encogerse. 

Este “tira y afloja” libera una enorme cantidad de energía térmica en el interior de Europa. De este modo, mientras que su superficie tiene la temperatura del espacio profundo, en el rango de los –270 °C y, por ende, cercana al cero absoluto, su subsuelo es capaz de alojar un océano de agua no solamente líquida sino también caliente.

“Así las cosas, en una región sumamente alejada del Sol y no iluminada por la luz solar, existe un ambiente bastante favorable a la existencia de la vida tal como la conocemos. Pero no basta con que exista agua líquida caliente. Es necesario que haya también una fuente de desequilibrio químico capaz de generar energía biológicamente aprovechable”, dijo Galante.

Tal como lo explicó el investigador, los gradientes químicos –es decir, las diferencias de concentración de moléculas, iones o electrones en zonas distintas– constituyen la base de toda la bioenergética conocida en la Tierra. La respiración celular, la fotosíntesis, la producción de ATP, la conducción de impulsos nerviosos y otros tantos procesos se basan en la existencia de gradientes químicos. Estas diferencias de concentración, que producen una dirección y un sentido, constituyen la llave que destraba la actividad biológica.

“Las emanaciones hidrotermales –de hidrógeno molecular [H₂], ácido sulfhídrico [H₂S], ácido sulfúrico [H₂SO₄], metano [CH₄] y otras– constituyen importantes fuentes de desequilibrios químicos y son eventuales factores de 'transducción biológica', esto es, de la transformación del desequilibrio en energía biológicamente aprovechable. Estas fuentes hidrotermales conforman el escenario más plausible para el origen de la vida en la Tierra”, dijo. 

Uranio, torio y potasio

El modelo postulado por Charles Darwin (1809-1882), de un medio acuoso caliente y rico en sales fosfóricas y amoníaco como escenario del origen de la vida, probablemente no existió en un charco superficial –tal como lo imaginó el naturalista británico–, sino en un fondo oceánico, abastecido por una fuente hidrotermal.

“Apuntamos a evaluar la posibilidad de que algo similar esté ocurriendo en Europa. Para ello sería necesario que haya una emanación de agua proveniente del subsuelo que cargase elementos químicos capaces de producir el mencionado desequilibrio. En el estadio actual, no contamos con datos como para saber si esto sucede en Europa. Este proceso depende de la química del suelo, de la dinámica del hidrotermalismo y de otras variables que desconocemos en el caso de la luna de Júpiter. Por eso buscamos un efecto físico más universal, cuya probabilidad de ocurrir sea grande. Y ese efecto es precisamente el de la acción de la radiactividad”, explicó Galante. 

Cuando se formó el Sistema Solar, incorporó una cantidad de radionúclidos producidos por la estrella supernova de la generación anterior, cuya explosión eyectó al espacio la materia que constituiría al Sol y a todos los objetos celestes que orbitan a su alrededor. Los distintos cuerpos del Sistema Solar dotados de núcleos rocosos incorporaron esos materiales radiactivos.

“Esa presencia ya ha sido detectada y medida en la Tierra, en los meteoritos que llegan a la Tierra y en Marte. Por eso podemos afirmar con cierta tranquilidad que también existiría en Europa. En nuestro estudio trabajamos con tres elementos radiactivos: uranio, torio y potasio. Sucede que son los más abundantes en el contexto terrestre. Con base en los porcentajes hallados en la Tierra, en los meteoritos y en Marte, pudimos presumir las cantidades eventualmente existentes en Europa”, dijo Galante.

“Con base en dichas cantidades, fue posible estimar la energía liberada, cómo estaría interactuando esa energía con el agua de su entorno y la eficiencia de la hidrólisis radiactiva del agua resultante de esa interacción en la generación de radicales libres. Esos radicales libres constituyen la fuente del desequilibrio químico. En el contexto de Mponeng, tal como ya lo hemos mencionado, interactúan con la pirita y producen los sulfatos que las bacterias utilizan por para sintetizar el ATP”, dijo. 

En este estudio quedó demostrado en forma fehaciente que la existencia de material radiactivo en cantidades bastante realistas sería de por sí un fortísimo propiciador de la vida en la luna referida. Otro ingrediente necesario es la pirita. Se ignora si Europa posee o no pirita. Es bastante probable que sí, toda vez que el azufre (S) y el hierro (Fe) son elementos que abundan en el Sistema Solar. Pero éste sería un punto importante que debería investigarse en una eventual misión espacial a la luna de Júpiter. 

“Una de las propuestas derivadas de nuestro estudio consiste en que para evaluar la habitabilidad de un cuerpo celeste, se deben buscar rastros de pirita. Ésta es una de las pruebas del nuestro modelo”, subrayó Galante.

“Europa parece reunir en su fondo oceánico unas condiciones muy parecidas a las que existieron en la Tierra primitiva, durante sus primeros mil millones de años. Por eso el estudio de Europa en la actualidad es en alguna medida análogo a la observación de nuestro propio planeta en el pasado. Aparte del interés intrínseco que la habitabilidad y la existencia de actividad biológica en Europa pueden ter, este estudio también se erige como una puerta hacia la comprensión del origen y la evolución de la vida en el Universo”, dijo.

En caso de que se confirme la existencia de actividad microbiana en Europa, una pregunta obvia será si las bacterias presentes en dicha luna jupiterina surgieron allí o llegaron allí provenientes de otras regiones del Sistema Solar, o incluso desde lugares más remotos. Parece ciencia ficción, pero ésta es también la pregunta concerniente a la propia vida en la Tierra. Una pregunta con respecto a la cual la ciencia aún no posee una respuesta, pues en el estadio actual del conocimiento científico no existen datos irrefutables a favor o en contra de un eventual origen exógeno de la vida terrestre.

La antigua teoría de la Panspermia o la propagación de la vida por el Universo –recuperada con nuevos argumentos por el astrónomo británico Fred Hoyle (1915-2001) y su antiguo alumno Nalin Chandra Wickramasinghe, nacido en 1939 en Sri Lanka y actual director del Buckinghan Centre for Astrobiology, de la University of Buckingham, en el Reino Unido– sigue siendo un tema abierto. No se la ha confirmado ni tampoco se la ha refutado definitivamente.

“Hasta ahora no hemos hallado evidencias de vida fuera de la Tierra. Lo que hemos demostrado en laboratorio es que ciertos microorganismos, de diferentes tipos, son altamente resistentes y capaces de sobrevivir a viajes espaciales. Un escenario posible sería que microorganismos eventualmente eyectados desde Marte debido al choque de un cometa hayan viajado por el espacio y llegado a la Tierra. Sabemos que eso podría haber sucedido. Pero no tenemos ninguna evidencia al respecto”, dijo Galante.

Científicos de 26 universidades e instituciones de investigación de Japón están llevando adelante actualmente el experimento Tanpopo en la Estación Espacial Internacional. La misión del mismo consiste en recolectar muestras de polvo cósmico para el posterior rastreo de compuestos prebióticos o incluso de microorganismos. De existir dichos microorganismos, aun cuando hayan llegado al espacio cercano partiendo de la propia Terra, esto constituirá un formidable argumento a favor de la propagación de la vida allende los límites de la atmósfera terrestre.

El artículo intitulado Microbial habitability of Europa sustained by radioactive sources (doi:10.1038/s41598-017-18470-z), de Thiago Altair, Marcio G. B. de Avellar, Fabio Rodrigues y Douglas Galante, está publicado en: nature.com/articles/s41598-017-18470-z.