Las “huellas Químicas” Podrían Ayudar A Los Científicos A Reconocer La Vida En La Superficie De Los Exoplanetas

Biofirmas de superficie de exo-Tierras

Ocho de las 137 muestras de microorganismos utilizadas para medir firmas biológicas para el catálogo. En cada panel, la parte superior es una fotografía normal de la muestra y la parte inferior es una micrografía, una versión ampliada 400x de la imagen superior. Los científicos tenían como objetivo lograr diversidad de color y pigmentación.

Un nuevo catálogo de espectros de reflectancia para una amplia gama de microorganismos pigmentados puede ayudar a los científicos a reconocer la vida en la superficie de los planetas que orbitan estrellas más allá de nuestro sistema solar.

Un equipo de astrónomos y biólogos ha registrado las “huellas químicas” de 137 especies diferentes de microorganismos. En el futuro, esto podría ayudar a reconocer la vida en la superficie de exoplanetas, planetas que orbitan estrellas más allá de nuestro sistema solar. Los microorganismos son nativos de una amplia variedad de entornos y exhiben una variedad de pigmentación. El equipo, dirigido por el estudiante de doctorado Siddharth Hegde del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, ha puesto los resultados a disposición en una base de datos en línea.

Los astrónomos se están preparando para una nueva fase de investigación sobre exoplanetas (planetas fuera de nuestro sistema solar), formando equipo con biólogos para formular estrategias de búsqueda de vida en estos planetas distantes. Hasta ahora, estos esfuerzos se han centrado en lo que se conoce como biofirmas indirectas, como los subproductos de la vida que podrían detectarse en la atmósfera de un planeta anfitrión. Pero si la superficie de un exoplaneta estaban dominados por una forma de vida en particular, una forma más directa de detección podría ser posible: una detección basada en la luz reflejada por esa forma de vida, que adquiere un tinte característico en el proceso.

Observamos planetas estudiando la luz de las estrellas reflejada en sus atmósferas o superficies, porque la composición de esta luz reflejada nos proporciona información sobre lo que se puede encontrar en el planeta. Los astrónomos alienígenas que realicen observaciones detalladas de la Tierra notarían un tinte verdoso cuando la luz solar reflejada por los árboles y otra vegetación llega a sus telescopios.

De manera similar, la presencia de un organismo extraño que cubra grandes extensiones de la superficie de un exoplaneta podría medirse directamente a través de la huella dejada por la pigmentación del organismo, la composición química que determina su color. Esta huella es el espectro de la luz reflejada: la luz se divide, la luz del arco iris, en los colores componentes. Es el análogo químico de una huella dactilar, lo que permite la identificación de diferentes tipos de microorganismos.

Ahora, un grupo de astrónomos y biólogos dirigidos por Siddharth Hegde se ha unido para explorar cómo podrían verse estas huellas dactilares y cuán diversas podrían ser. Hegde, entonces estudiante de posgrado en el Instituto Max Planck de Astronomía, y la astrónoma Lisa Kaltenegger (Directora del Instituto de Puntos Azules Pálidos de la Universidad de Cornell) se unieron a la bióloga Lynn Rothschild, al becario postdoctoral Ivan Paulino-Lima y al investigador asociado Ryan Kent. toda la NASA Ames Research Center, para explorar la gama completa de posibilidades de cómo podrían verse las huellas dactilares químicas y, por lo tanto, las firmas biológicas de la superficie de los exoplanetas.

Las biofirmas de superficie de exoplanetas pueden ayudar a detectar vida extraterrestre

En esta imagen de satélite compuesta de la NASA, puede ver un tinte verdoso en la luz solar reflejada, una firma directa de la vida vegetal presente en la superficie de la Tierra. De manera similar, si la vida microbiana con una pigmentación particular cubriera grandes franjas de la superficie de un exoplaneta, su presencia podría, en principio, medirse directamente a través de su tinte en la luz estelar reflejada vista a través de nuestros telescopios.

Con este fin, el equipo reunió cultivos de 137 especies diferentes de microorganismos. Una de las principales preocupaciones en la selección de especies fue la diversidad de pigmentación: las 137 formas de vida abarcan una variedad de colores y son residentes de una variedad de ambientes, que van desde el desierto de Atacama en Chile, al agua de mar en Hawai, a algunos trabajos en madera antiguos en Salt Spring en Parque Estatal Boone’s Lick, Misuri.

El equipo reflejó la luz de las muestras de cada cultivo de microorganismos, midió sus huellas dactilares químicas y reunió sus hallazgos en un catálogo en línea. Este catálogo de biofirmas (que consta de espectros de reflectancia en las regiones de longitud de onda óptica e infrarroja cercana, 0,35 a 2,5 micrómetros) es el más completo y diverso hasta la fecha, y el primero dedicado a las biofirmas de superficie para exoplanetas.

Por ahora, el catálogo sirve principalmente para ilustrar la diversidad potencial de la vida extrasolar. También ilustra la diversidad potencial de planetas extrasolares, porque determinados pigmentos surgen de determinadas condiciones ambientales y, por tanto, pueden proporcionar pistas sobre la naturaleza del planeta.

Además, debido a que la superficie de un planeta afecta su atmósfera, estas biofirmas podrían usarse como condiciones iniciales para modelos de atmósferas de exoplanetas (llamados “modelos de transferencia radiativa atmosférica”). Más precisamente, la composición de la superficie determina cuánta radiación se refleja desde la superficie y se utiliza en procesos químicos en la atmósfera.

Cuando el equipo reunió su catálogo, observaron que la huella digital de un microorganismo está determinada principalmente por su composición de pigmentación. Esta composición es el resultado de procesos metabólicos secundarios, que son exclusivos de las formas de vida y juegan un papel importante en la fotosíntesis, en la detección de la radiación ultravioleta dañina y en la prevención del daño oxidativo. Así, reconocer una determinada pigmentación a través de una biofirma equivale a reconocer un tipo de ser vivo.

El equipo tiene planes de recolectar más muestras y agregar más huellas dactilares al catálogo, con el fin de mejorar aún más la diversidad de los microorganismos representados. Esperan que sea útil no solo para los astrobiólogos, sino también para los astrónomos que están tratando de hacer modelos de atmósferas planetarias. Sin embargo, incluso con la próxima generación de telescopios, la detección de huellas dactilares de organismos que viven en superficies planetarias será técnicamente un gran desafío.

Por el momento, no es posible medir directamente la luz de un planeta del tamaño de la Tierra, porque esta luz es ahogada por la luz de las estrellas vecinas mucho más brillante. Por ahora, dice Kaltenegger, “esta (base de datos) nos da por primera vez un vistazo a las firmas detectables de la fascinante diversidad de mundos que podrían existir allí”.

Publicación : Siddharth Hegde, et al., “Biofirmas de superficie de exo-Tierras: detección remota de vida extraterrestre”, PNAS, 2015; doi: 10.1073 / pnas.1421237112

Imagen: Hegde et al. / MPIA; Observatorio de la Tierra de la NASA

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