Texto preliminar de una videoconferencia presentada por invitación al Simposio: "Ab Inition: Orígenes del Universo, la Tierra, la Vida y la Inteligencia", Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología, Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela, 7 Julio 2005. (La versión final sera' publicada.)

BIOSEÑALES EN EL SISTEMA SOLAR

JULIAN CHELA-FLORES
The Abdus Salam ICTP,
Strada Costiera 11, 34014 Trieste, Italy
e
Instituto de Estudios Avanzados (IDEA),
Caracas, Venezuela
Phone: int. +390-40-22 40 392
E-Mail: chelaf@ictp.trieste.it
URL: http://www.ictp.trieste.it/~chelaf/index.html

1. Introducción

Antes de comenzar la charla deseo expresar mi agradecimiento a los organizadores, especialmente a la Decano Dra. Yaquelin Loyo de Sardi y al Profesor Nelson Falcón por esta magnífica oportunidad de acompañarles en esta festiva ocasión para la Universidad de Carabobo, especialmente para su Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología.
Me llena de emoción para el futuro de nuestra disciplina. Los organizadores de este significativo evento han insertado la Astrobiología el contexto del Congreso:

Ello es sumamente acertado en el estado actual del desarrollo harmónico de las ciencias de la cosmología y de la Astrobiología. Con especial agrado recibí la información sobre la audiencia: sería un grupo interdisciplinario con el nivel y profundidad equivalente al precedente encuentro que tuvimos en Caracas (Chela-Flores et al 2000), aunque entiendo que la presente reunión está dirigida a profesores e investigadores justo al comienzo de sus carreras.
El hecho que ya en nuestro país se pueda reunir un núcleo de astrobiólogos es de por sí para mí un estímulo sumamente satisfactorio. No debemos descuidar la exploración del espacio y sus implicaciones. Me complace saber que estamos dando los primeros pasos como país en ambas direcciones. El nutrido programa de ponencias de este encuentro demuestra el crecimiento vertiginoso que observo después de la Escuela Iberoamericana de Astrobiología en el IDEA. Especialmente notable es el presente proyecto de crear una Sociedad Venezolana de Ciencias Espaciales. Desafortunadamente no estaré presente físicamente con Uds., pero esperaré con entusiasmo el libro de las Actas para informarme sobre las ponencias del Congreso. Conviene recordar que otros países emergentes, como lo son la India y la China le están dedicando una alta prioridad a la exploración del Sistema Solar. Ambos países asiáticos ya tienen misiones diseñadas para la nueva conquista de la Luna en los próximos años.
En mi breve charla yo abordare' algunos de los problemas dentro del Sistema Solar que están al alance de grupos experimentales de ciencia y tecnología. Es limitado el posible apoyo económico para estas investigaciones. Ello, sin embargo, no nos debe detener a enfrentar la pregunta culturalmente más antigua que se ha puesto el ser humano: ¿Estamos solos en el universo?

2. Importancia de las bioseñales en el sistema de Júpiter

En mi reciente artículo enviado a la revista Principia de la Universidad Centro Occidental Lisandro Alvarado (Chela-Flores, 2005a), ya he discutido la relevancia del Sistema Solar exterior. Las misiones Voyager y Galileo fueron dirigidas a Júpiter. El segundo satélite galileano es de dimensión algo menor que la Luna, pero es de nuestro máximo interés. Antes de ir más adelante deseo describirles la imagen capturada justo al inicio de la Misión Galileo, la cual llegó al sistema de Júpiter en 1995 (Figura 1, NASA).

Se trata justo de una imagen del segundo satélite galileano (en orden de creciente distancia al planeta). El satélite se llama "Europa", siguiendo la tradición de la cultura clásica occidental de asignar al sistema de Júpiter personajes mitológicos asociados al dios del Olimpo. Las coordenadas de longitud y latitud son por conveniencia definidas con respecto al meridiano principal (longitud 0). Este es por definición el centro del hemisferio que permanentemente está enfrente de Júpiter. El cráter más evidente en la parte inferior de la imagen es 'Pwyll', de unos 50 Km de extensión, casi justo sobre la longitud opuesta al meridiano cero (es decir está a aproximadamente 270 Oeste y a 25 Sur).
Otro aspecto notable de la imagen es la forma de "X" en la parte superior. Desde este cráter hasta esta grande intersección hay unos 1,000 Km. La 'grande X' encierra la región de Connamara. Esta zona podría ser de poco espesor relativo, estando por encima de un océano interior. Debido a la ubicación del cráter Pwyll con respecto al meridiano cero, todo el hemisferio de la imagen se le denomina el "hemisferio arrastrado". En otras palabras Júpiter estaba a la izquierda cuando la imagen nos fue enviada por la Misión Galileo.
Europa está totalmente cubierta de hielo de agua con considerable contaminación de elementos químicos (Greenberg, 2005). Entre ellos destacan varios compuestos del azufre. Como Europa se encuentra relativamente cerca de Io es de esperar que posea alguna actividad volcánica en su núcleo de silicato. Éste podría ser una posible fuente de calor para fundir parte de la capa de agua que envuelve su núcleo. Por esta razón, la cuestión de un océano en Europa ha sido puesta en relieve y ha sido ampliamente debatida. Con gran probabilidad habría también en el interior del satélite una cantidad apreciable de carbono y compuestos orgánicos. En resumen, Europa puede tener los tres ingredientes que sabemos han jugado un papel esencial en la germinación de la vida en la Tierra: una fuente de energía, agua líquida y una cantidad suficiente de carbono. La superficie fue parcialmente fotografiada por la misión Galileo, la cual llegó a su fin en el mes de Septiembre, 2003. Muchas de las características favorables a la vida son evidentes en una segunda imagen (Figura 2, NASA):

Las líneas oscuras que atraviesan la imagen son el producto de las fuerzas debidas a las mareas que resquebrajan su superficie helada. Las líneas más notables en la parte superior de la Fig. 2 son la Línea Uadeus y la Línea Minos. Su intersección yace a 50 Norte y 215 Oeste. Los colores son falsos pero dan una buena idea de las zonas donde el hielo no está contaminado por elementos químicos diferentes del agua (es decir, la parte superior a la derecha de la imagen). También son evidentes las zonas de contaminación en donde el azufre juega un papel importante.
A mediano plazo hay dos propuestas para la exploración de Europa. Sus objetivos son los siguientes: comprender más profundamente la potencialidad de este mundo para mantener la vida. La misión Galileo preparó un mapa parcial de su superficie. Esto aumentó considerablemente la información recabada por la misión Voyager . Las nuevas misiones que están en preparación son (Figura 3, NASA): en primer lugar la "Júpiter Icy Moons Orbiter", JIMO (Johnson, 2004; Christensen et al, 2005). En la próxima década JIMO podría incluir una sonda que llegue a la superficie de Europa con casi 400 Kg de equipo experimental.

En segundo lugar, la Agencia Espacial Europea ha concluido el plan preliminar para llevar a cabo la misión EMPIE. El acrónimo significa la "Europa Microprobe In Situ Explorer" (Falkner et al, 2005). Con ella se intenta colocar varias microsondas sobre la superficie de Europa (Velasco et al, 2005). Hay algunos sitios en la Tierra en donde existen condiciones ambientales análogas a las de Europa. Un primer ejemplo es el Océano Ártico, en donde distinguimos las profundas hoyas de Canadá, Fram y Noruega. (El Polo Norte esta justo entre las hoyas de Fram y Canadá.) Podemos apreciar que por debajo de la superficie congelada de estas hoyas la temperatura del agua líquida está por encima de los 4 grados Centígrados a una profundidad de 500 metros.
Un segundo ejemplo se encuentra en Antártica (Priscu et al, 1998). Allí una gran variedad de micro-organismos ya han sido estudiados. En particular, gracias al descubrimiento de Sir Robert Scott en 1905 conocemos los lagos de los valles congelados. En el Valle de Taylor hay varios lagos permanentemente cubiertos con una superficie congelada. En el Valle de Victoria tenemos ejemplos bien estudiados desde el punto de vista de la microbiología.. También sabemos que en todos estos lagos existen bacterias (cianobacterias) y organismos multicelulares. Tal es el caso de las diatomeas, las cuales están caracterizadas por un núcleo que secuestra el material genético, o sea son organismos eucarióticos. Hay un acuerdo general que tales organismos podrían sobrevivir en el océano europano. La futura exploración de Europa debe ser precedida por una serie de pruebas en algún ambiente terrestre. El sitio más adecuado es el continente Antártico. En ese continente se encuentra un lago sumergido debajo de una capa de hielo de unos 4 mil metros. Este lago, ubicado debajo de la Estación Rusa Vostok, tiene una superficie 40 veces mayor que la del Lago de Valencia (de hecho es ligeramente mayor que el Lago de Maracaibo). Se cree que los organismos del Lago 'Vostok' pueden haber estado aislados por un millón de años, tiempo suficiente para que la Selección Natural aporte novedosos efectos darwinianos a ese ecosistema. Sabemos que bajo todos esos lagos hay microorganismos sobreviviendo en condiciones similares a las encontradas en el océano de Europa. Esto sugiere la pregunta de cuál podría ser un experimento biológico adecuado en el contexto de la exploración de Europa.

¿Existen elementos biogénicos volátiles en los satélites galileanos?

Afortunadamente, estudiando sólo la superficie europana podríamos enfrentarnos con señales de una biota subyacente. Recordemos en este sentido que en la Tierra hay compuestos químicos que están asociados al metabolismo o a la descomposición de microbios (Bhattacherjee y Chela-Flores, 2004). El mercaptano, por ejemplo, es un producto del decaimiento de materia animal o vegetal. (También se encuentra en el petróleo.) El término mercaptano se aplica específicamente al etil mercaptano C2H5SH. Este es un compuesto de azufre volátil y biogénico (como lo es también el metil mercaptano). El mercaptano se encuentra en bacterias, se obtiene eventualmente del sulfato que es reducido en la célula. Por consiguiente, si en la superficie helada de Europa se detecta una región con una fuerte señal en 3.88 micrometros (McCord et al, 1998), antes de atribuírsela al mercaptano es necesario confirmar su biogenicidad con la instrumentación apropiada. Si la presencia del mercaptano fuese debida a la influencia del medio interestelar en la formación del satélite, entonces la posible veracidad de esta hipótesis pudiese ser excluida con la ayuda de un parámetro de la biogeoquímica llamado "delta34S" (Schildowski et al, 1983):

donde, por ejemplo, 32S denota el isótopo más abundante del azufre. Su valor es cercano a cero cuando la muestra (mu) coincide con el valor del meteorito del Cañón Diablo (MCD). Este famoso cuerpo pequeño del Sistema Solar es una triolita (FeS), la cual fue encontrada en un cráter al norte de Phoenix, Arizona. Este parámetro nos ofrece una comparación de la muestra estudiada con la muestra del MCD, el cual coincide con el cociente promedio (cp) terrestre de los dos isótopos más abundantes del azufre (32 y 34, respectivamente). El parámetro delta34S tiene valores positivos cuando hay en comparación una mayor cantidad del isótopo 34S. Sin embargo, la ventaja de la definición es que, por el contrario, delta34S será de valor negativo si el isótopo32S es más abundante. Además se observa que en materiales del Sistema Solar no terrestres (polvo lunar y meteoritos) los valores del parámetro delta34S son cercanos a la media del MCD. Ello significa que procesos biológicos serán más facilmente reconocibles cuando se analiza el elemento azufre, en vez del carbono, hidrógeno, o nitrógeno (Kaplan, 1975).

Discusión

La producción del compuesto de azufre por bacterias anaeróbicas se está actualmente estudiando en ambientes lacustres (Del Negro et al, 2000; Chela-Flores et al, 2005). Las bacterias que metabolizan el azufre no pueden ser descartadas de antemano como una fuente de contaminación de la superficie helada de Europa. Si la fuente de azufre fuese biogénica, desviaciones significativas del parámetro delta34S deberían ser detectables. Cromatografía de gases-espectrometría de masa (GC-MS) es una posible instrumentación apropiada para la detección de tales bioseñales. Alternativamente, una variedad de instrumentos miniaturizados están disponibles, los cuales han sido preparados para otras misiones, especialmente para la misión Bepe Colombo destinada a Mercurio en la próxima década (Sheridan et al, 2003).
No podemos concluir nuestro breve recuento sobre las implicaciones de reconocer bioseñales en Europa sin hacer notar sus implicaciones más profundas: Ya conocemos un elevado número de planetas similares a Júpiter fuera de nuestro sistema solar. Para ser exactos, al momento de escribir este artículo (o sea, a mediados del año 2005), el número de 'exoplanetas' es 155 . Pudiese ser frecuente el acoplamiento de un planeta gigante con un satélite, cuyas condiciones sean favorables a la vida. Esta observación nos proporciona un escenario mucho más amplio que la simple búsqueda de planetas terrestres en zonas habitables de los numerosos sistemas solares ya conocidos. Si la respuesta fuese afirmativa a la pregunta que nos hemos hecho anteriormente: ¿Estamos solos en el universo? sus implicaciones en las humanidades serían profundas (Chela-Flores, 2005 b; 2006 a; 2006 b).

Bibliografía General

Greenberg, R. (2005). Europa the Ocean Moon, Springer Praxis Publishing, Chichester, UK.

Se recomienda al lector consultar una introducción a la Astrobiología (http://www.ictp.trieste.it/~chelaf/ss14.html) en castellano, junto con otros artículos (http://www.ictp.trieste.it/~chelaf/ss16a.html) sobre el satélite de Júpiter.

Referencias bibliográficas

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(Option: Y061 EGU05-A-03984; GI3-1TH5P-0061), http://www.ictp.trieste.it/~chelaf/ss33.html

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