Buscando vida en las cortezas heladas de mundos oceánicos

Durante las pruebas de campo en 2019 cerca de la estación Summit de Groenlandia, en una estación de observación remota a gran altura, el instrumento WATSON se puso a prueba para buscar signos de vida o biofirmas, a 110 metros de profundidad. El elemento que sostiene el taladro asoma por la parte superior de la cúpula de la carpa.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

La técnica para escanear rocas de Marte en busca de fósiles microscópicos de vida antigua, se está utilizando también para buscar microbios en el hielo profundo de Encelado, Titán y Europa.

Mucho antes de que el rover Perseverance de la NASA aterrizara en el Planeta Rojo el 18 de febrero, ya se había establecido uno de los objetivos de la misión de más alto nivel: buscar signos de vida antigua en la superficie marciana. De hecho, las técnicas utilizadas por uno de los instrumentos científicos a bordo del rover, podrían tener aplicaciones en las lunas de Saturno, Encelado y Titán, así como en la luna de Júpiter, Europa.

“Perseverance buscará sobre una lista de minerales, compuestos orgánicos y otros compuestos químicos que puedan revelar que la vida microbiana se desarolló en Marte en el pasado”, dijo Luther Beegle, investigador principal de la exploración de entornos habitables de Mars 2020 con el instrumento SHERLOC. “Pero la tecnología detrás de SHERLOC que buscará vida pasada en las rocas marcianas es altamente adaptativa y también puede usarse para buscar microbios vivos y los componentes químicos fundamentales para la vida, en el hielo profundo de las lunas de Saturno y Júpiter”.

Se cree que Encelado, Europa e incluso la nebulosa luna Titán esconden vastos océanos de agua líquida debajo de sus gruesas cortezas heladas, que pueden contener compuestos químicos asociados con procesos biológicos. Estos ambientes son muy diferentes al ambiente del Marte moderno. Si existe vida microbiana en esas aguas, los científicos también pueden encontrar pruebas de ella en el hielo. Pero, ¿cómo se puede encontrar esa evidencia, si está encerrada en lo profundo del hielo?

WATSON, el instrumento en forma de tubo de 1,2 metros de largo se está desarrollando en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. Se ha acoplado a la Planetary Deep Drill de Honeybee Robotics, y esta combinación se probó en el frío extremo del hielo de Groenlandia, exitosamente.

Una versión más pequeña de WATSON podría viajar algún día a bordo de una futura misión robótica para explorar el potencial de habitabilidad de una de estas enigmáticas lunas. El instrumento escanearía el hielo en busca de biofirmas, que son moléculas orgánicas creadas por procesos biológicos. Si detectara alguno, se podría ingeniar una versión futura de WATSON, con capacidad adicional para recolectar hielo de la pared resultante de la perforación realizada con el taladro y de esta forma, poder estudiar esa muestra posteriormente.

Durante la prueba de campo, WATSON y su taladro adjunto se introdujeron hasta 110 metros de profundidad. En esta foto, la ventana óptica de WATSON permite que el instrumento “vea” las paredes del agujero perforado.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Al utilizar la espectroscopia Raman para analizar los materiales en su ubicación de origen, en lugar de recuperar inmediatamente muestras de hielo y luego estudiarlas en la superficie, el instrumento proporcionaría a los científicos información adicional sobre estas muestras.

“Sería genial si primero estudiáramos cómo se ven estas muestras en su entorno natural antes de recogerlas y mezclarlas en una suspensión para analizarlas”, dijo Mike Malaska, astrobiólogo de JPL y científico principal de WATSON. “Esta es la razón por la que estamos desarrollando este instrumento no invasivo para su uso en entornos helados: obtener una imagen en el hielo e identificar grupos de compuestos orgánicos, tal vez incluso microbios, que puedan ser estudiados antes de analizarlos en profundidad, sin que perdamos su contexto nativo o modifiquemos su estructura”.

Aunque WATSON usa la misma técnica que SHERLOC de Perseverance, existen diferencias. Por un lado, SHERLOC analizará rocas y sedimentos marcianos para buscar signos de vida microbiana pasada que puedan ser recolectados y devueltos a la Tierra por misiones futuras para un estudio más profundo. Y SHERLOC no perforará agujeros. Otra herramienta tiene esa función.

Pero ambos dependen de un espectrómetro y un láser ultravioleta profundo, y donde el instrumento de hielo de WATSON tiene un generador de imágenes para observar la textura y las partículas en la pared de ese hielo, el instrumento SHERLOC de Perseverance está unido a una cámara de alta resolución que realiza fotografías cercanas de texturas de las rocas para respaldar sus observaciones. Esa cámara comparte el mismo nombre que el prototipo de exploración del hielo: WATSON. En este caso, sin embargo, el acrónimo significa sensor topográfico gran angular para operaciones e ingeniería (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering).

Encelado en la Tierra

Así como SHERLOC se sometió a pruebas exhaustivas en la Tierra antes de ir a Marte, también debe hacerlo WATSON antes de ser enviado al sistema solar exterior. Para ver cómo podría funcionar el instrumento en la corteza helada de Encelado y reaccionar a las extremadamente bajas temperaturas de esta luna, el equipo de WATSON eligió Groenlandia como un “análogo en la Tierra” para realizar las pruebas de campo del prototipo, durante un estudio en 2019.

En la Tierra disponemos de ubicaciones con características similares a las de otros lugares de nuestro sistema solar. En el caso de Groenlandia, el entorno del centro, más alejado de la costa, se parece a la superficie de Encelado, donde los materiales oceánicos brotan de los prolíficos respiraderos de la pequeña luna. De la misma manera, el hielo del borde de los glaciares de Groenlandia cerca de la costa, puede servir como un análogo de la corteza helada, profunda y deformada de Europa.

WATSON realizó este mapa de fluorescencia de un pozo a una profundidad de 93,8 metros en el hielo de Groenlandia. El panel de la izquierda muestra manchas nebulosas de biofirmas, y el panel de la derecha muestra una versión coloreada, agrupando productos químicos orgánicos similares.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Durante el estudio de exploración de un pozo existente cerca de Summit Station, una estación de observación remota de gran altura en Groenlandia, puso a prueba el instrumento. Mientras descendía más de 100 metros, WATSON usó su láser UV para iluminar las paredes del hielo, haciendo que algunas moléculas brillaran. Luego, el espectrómetro midió su tenue brillo para brindarle al equipo una idea de su estructura y composición.

Si bien encontrar firmas biológicas en la capa de hielo de Groenlandia no fue una sorpresa (después de todo, las pruebas fueron en la Tierra), el mapeo de su distribución a lo largo de las paredes del pozo profundo, planteó nuevas incógnitas sobre cómo estas características llegaron al lugar donde residen. El equipo descubrió que los microbios en las profundidades del hielo tienden a agruparse en manchas, no en capas como esperaban inicialmente.

“Creamos mapas mientras WATSON escaneaba los lados del pozo y los puntos calientes agrupados de azules, verdes y rojos, todos representando diferentes tipos de material orgánico”, dijo Malaska. “Y lo que me resultó interesante fue que la distribución de estos puntos de acceso era prácticamente la misma en todos los lugares en los que miramos: no importó si el mapa se creó a 10 o 100 metros de profundidad, las pequeñas manchas compactas estaban allí “.

Al medir las firmas espectrales de estos puntos calientes, el equipo identificó colores consistentes en hidrocarburos aromáticos (algunos que pueden provenir de la contaminación del aire), ligninas (compuestos que ayudan a construir paredes celulares en las plantas) y otros materiales producidos biológicamente (como complejos orgánicos ácidos que también se encuentran en los suelos). Además, el instrumento registró firmas similares al brillo producido por grupos de microbios.

Hay más pruebas por hacer, en otros lugares análogos de la Tierra que se asemejen a las condiciones de otras lunas heladas, pero el equipo se sintió alentado por la sensibilidad de WATSON a una variedad tan amplia de biofirmas. “Esta alta sensibilidad sería útil en misiones a mundos oceánicos, donde se desconoce la distribución y densidad de posibles biofirmas”, dijo Rohit Bhartia, investigador principal de WATSON e investigador principal adjunto de SHERLOC, del Photon Systems en Covina, California. “Si tuviéramos que recolectar una muestra aleatoria, es probable que nos perdiéramos cosas muy interesantes, pero a través de nuestras primeras pruebas de campo, podemos comprender mejor la distribución de sustancias orgánicas y microbios en el hielo terrestre que nos sirve de ayuda para realizar perforaciones en la corteza de Encelado”.

Los resultados de la prueba de campo se publicaron en la revista Astrobiology en el otoño de 2020 y se presentaron en la American Geophysical Union Fall Meeting 2020, el 11 de diciembre.