En la película de Arthur C. Clark, 2001 Una Odisea en el Espacio la supercomputadora HAL emite una última instrucción a la tripulación de la nave espacial Discovery: "todos estos mundos son suyos, excepto Europa, no intenten aterrizar allí". ¿Qué podemos encontrar? Para demostrar la existencia de vida y hacerlo en un instante, ¿qué pruebas deberíamos estar buscando? Las posibles pruebas de vida extraterrestre podrían incluir una amplia gama de características, por ejemplo: paredes celulares o membranas hechas de carbohidratos que encapsulen las formas de vida de más éxito en nuestro planeta, las bacterias. Cadenas de ácidos grasos integrados por carbono, hidrógeno y oxígeno son pruebas de procesos biosintéticos aquí en la Tierra. Determinadas proteínas como el ADN únicamente pueden surgir mediante procesos biológicos activos. Todos estos procesos y sus estructuras tienen algo en común, utilizan energía para renovarse a sí mismos.sneakers

Europa

Los autores de un artículo publicado en la revista Astrobiology titulado: "El modelo de células de combustible de la abiogénesis. Un nuevo enfoque a las simulaciones acerca del origen de la vida" sugiere que, en lugar de centrarse exclusivamente en la estructura de la misma, deberíamos también estar buscando el proceso original de ella: el transporte de energía. Para demostrar su punto de vista, los autores construyeron células de combustible metabólicos en miniatura a partir de elementos que hubiesen estado disponibles para la vida conforme se esforzaron en su evolución aquí en la Tierra.En su forma más elemental, los sistemas de células de combustible que convierten hidrógeno y oxígeno en agua, liberan energía durante el proceso.

Fotosíntesis

Esta imagen nos muestra los sistemas hidrotermales frente a los fotosintéticos de las plantas. Los sistemas hidrotermales con respiraderos obtienen su energía de los productos químicos mediante un proceso denominado "quimiosíntesis". En la quimiosíntesis, el proceso hidrotermal actúa una fuente de energía (1) en vez del Sol. Ambos procesos utilizan el dióxido de carbono (2) y agua para producir azúcares (3). Como producto final, la quimiosíntesis produce azufre (4) mientras que la fotosíntesis genera oxígeno.

"Se pueden utilizar técnicas electroquímicas para simular sistemas de lechos marinos planetarios y varias reacciones de formación de vida, ya que muchos de los sistemas geológicos y biológicos funcionan de manera similar a las celdas de combustible", manifestó el Dr. Laurie Barge, autor principal y científico del equipo de Mundos Helados en el Instituto de Astrobiología (NAI) de la NASA del Jet Propulsion Laboratory (JPL). "Un respiradero hidrotermal es una celda de combustible geoquímica, ya que puede conducir la transferencia de electrones desde los combustibles hidrotermales hasta los oxidantes del agua de mar, generando una corriente eléctrica en la pared de mineral precipitado existente en la chimenea".

Toda la vida de plantas, animales y bacterias utilizan sistemas de energía basados en la transferencia de electrones. Una molécula pierde un electrón mientras otra lo recibe. Estas reacciones se clasifican como "redox", abreviatura de oxidación-reducción".

Donde haya abundancia de agua dulce y aire, las formas de vida capturan electrones y los transfiere a las moléculas ávidas de aceptarlos como el oxígeno y el dióxido de carbono. Las células animales oxidan azúcar y el oxígeno recibe el electrón arrancado. Las plantas oxidan el agua hasta liberar oxígeno en una serie ordenada de reacciones que conocemos como fotosíntesis. (Descripción: *)

A diferencia de animales y plantas, las bacterias que se encuentran alrededor de las fuentes hidrotermales se encuentran rodeadas de elementos reductores que les encanta perder electrones tales como el hierro y el níquel. Una tercera parte del calor de los volcanes submarinos y respiraderos está canalizado por comunidades de bacterias. Estas comunidades utilizan acto seguido el calor y estos metales para sobrevivir mediante un proceso denominado quimiosíntesis. Los experimentos de Barge tratan de simular si la geoquímica de estos sistemas también pueden incluso estimular la aparición de vida al proporcionarles la energía suficiente para llevar a cabo las reacciones metabólicas pre-vida incluso en ausencia de oxígeno y luz.

Barge añadió, "es posible que en otros mundos tales como Europa o Encelado, podrían impulsar reacciones químicas similares entre sus océanos y los fondos rocosos marinos para producir potenciales eléctricos y gradientes de pH".

Si tenemos en consideración lo que sabemos en relación con el calentamiento por fuerzas de marea en lugares como Europa, los resultados de los experimentos de Barge resultan impresionantes. La quimiosíntesis en la Tierra ha demostrado el apoyo ejercido no solo por el crecimiento de las bacterias, sino también por los camarones, gusanos tubulares y otras criaturas marinas. Ahora que Barge y los experimentos preliminares realizados por su equipo han tenido éxito con los abundantes minerales de la Tierra primigenia pueden ser modificados para simular los sistemas geoelectroquímicos en otros mundos que también pudieran tener océanos y fondos marinos rocosos: como Europa, Encelado o el Marte primigenio.

Barge añadió, "Si conociéramos la composición del océano de Europa, de su corteza y de las fuentes hidrotermales y los resultados de las interacciones entre ellos, podríamos construir una célula de combustible para simular que cantidad de energía se generaría en un sistema hidrotermal de Europa. Ciertos minerales podrían haber impulsado las reacciones redox geológicas, que darían lugar posteriormente a un metabolismo biológico. Estamos particularmente interesados en minerales conductores de la electricidad que contengan hierro y níquel que pudieran haber sido comunes en la Tierra primigenia".

El Dr. Kerry Kee de la Escuela de Química de la Universidad de Leeds, uno de los coautores del trabajo de investigación manifestó, "lo que estamos tratando de hacer es cerrar el puente entre los procesos geológicos de la Tierra primigenia y la aparición de vida biológica en este planeta".

Anteriormente, algunos científicos han sugerido que los organismos vivos podrían haber sido transportados a la Tierra por meteoritos. Sin embargo, existe un mayor consenso a la teoría de que la vida surgió en la Tierra en lugares tales como los respiraderos de las fuentes hidrotermales del fondo del océano, formados a partir de materia inanimada como los compuestos químicos que se encuentran en gases y minerales.

"Antes de la aparición de la vida biológica, se podría decir que la Tierra primitiva tenía "vida geológica". Puede parecer inusual considerar la geología que implica la participación de rocas y minerales inanimados como elementos con vida, pero ¿qué es la Vida?", dijo el Dr. Kee.

"Muchas personas no han podido encontrar una respuesta satisfactoria a esta pregunta. Así que lo que hemos hecho en su lugar es observar lo que hace la vida, y todas sus formas utilizan los mismos procesos químicos que tienen lugar en una célula de combustible para generar su energía".

Las células de combustible en los automóviles generan energía eléctrica mediante la reacción entre el combustible y los oxidantes. Esto es un ejemplo de una reacción oxi-red, en la que una molécula pierde electrones (se oxida) y otra molécula gana electrones (se reduce).

Del mismo modo, la fotosíntesis en las plantas implica generar energía eléctrica a partir de la reducción del dióxido de carbono en azúcares y la oxidación del agua en oxígeno molecular. La respiración de las células del cuerpo humano consiste en la oxidación de los azúcares a dióxido de carbono y la reducción del oxígeno a agua con la subsiguiente producción de energía eléctrica en la reacción.

Determinados ambientes geológicos tales como las fuentes hidrotermales se pueden considerar como "células de combustible del medio ambiente", ya que la energía eléctrica se puede generar a partir de las reacciones redox entre los combustibles hidrotermales y los oxidantes del agua de mar, tales como el oxígeno. De hecho, el año pasado, los investigadores en Japón han demostrado que se puede aprovechar la energía eléctrica de estas fuentes de ventilación tras un experimento realizado en alta mar en Okinawa.

En éste nuevo estudio, los investigadores han realizado una implementación para su modelo de emergencia del metabolismo celular de la Tierra.

Los equipos del Laboratorio de Energías Renovables de la Universidad de Leeds y del Jet Propulsión Laboratory de la NASA, reemplazaron catalizadores tradicionales de platino en células de combustibles y realizaron experimentos eléctricos con esos compuestos minerales geológicos.

El hierro y el níquel son bastantes menos reactivos que el platino. Sin embargo, una pequeña pero significativa producción de energía, demostró con éxito que, estos metales pueden todavía generar electricidad en las células de combustible y por tanto, actuar también como catalizadores en la Tierra primigenia.

Por ahora, el cómo la química de las reacciones geológicas impulsadas por las rocas y los minerales evolucionaron en los metabolismos biológicos sigue estando oscuro, pero a través de un modelo de laboratorio de simulación de estos procesos, los científicos han dado un paso importante para comprender el origen de la vida en ese planeta y si un proceso similar pudo haber ocurrido en otros mundos.

El Dr. Berge manifestó: "Estos experimentos simulan la producción de energía eléctrica en sistemas geológicos, por lo que también podrían utilizarse en simulaciones de otros ambientes planetarios con agua líquida, como la luna Europa de Júpiter o el Marte primigenio.

"Mediante estas técnicas, podríamos de hecho, verificar si cualquier sistema hidrotermal determinado podría producir la suficiente energía para comenzar la vida, o incluso proporcionar ecosistemas donde la vida todavía pudiera existir y ser detectada mediante misiones futuras".

Imágenes: Con agradecimiento a Kees Veenenbos, a Woods Hole Oceanographic Institution y NASA Science News

Fuente: Daily Galaxy