Revista vida sin fronteras no 3

ISSN 2248-4299 Año 2016

VIDA SIN FRONTER A S revista de astrobiología

nº

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Apoyan: Facultad de Ciencias Dirección de Bienestar Universitario Programa Gestión de Proyectos Sede Bogotá

Revista Vida Sin Fronteras Número 3 / ISSN 2248-4299 Grupo de Astrobiología Universidad Nacional- UNASB

El grupo de Astrobiología de la Universidad Nacional de Colombia ha trabajado desde hace más de diez años en promover el crecimiento y el alcance de la astrobiología en nuestro país. Se ha concentrado tanto en la divulgación como en la investigación.

Contacto del grupo astrobiologia.un@gmail.com www.facebook.com/unalastrobio www.astrobiologiaun.es.tl http://bit.ly/2aorexD

Rector Ignacio Mantilla Prada Vicerrector Jaime Franky Rodríguez Director Bienestar Sede Bogotá Oscar Arturo Oliveros Garay Coordinadora Programa Gestión De Proyectos Elizabeth Moreno Director Bienestar Ciencias Luis Fernando Ospina Giraldo Decano Facultad De Ciencias Jaime Aguirre Ceballos Director Departamento De Biología Consuelo Burbano

Universidad Nacional de Colombia Cra 45 No 26-85 Edificio Uriel Gutiérrez Sede Bogotá www.unal.edu.co CONTACTO proyectoug_bog@unal.edu.co /Gestion proyectos http://www.ugp.unal.edu.co issuu.com/gestiondeproyectos

Derechos de Autor y Licencia de distribución.

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COMITÉ EDITORIAL Profesora Directora del Grupo Jimena Sánchez Nieves Coordinadora del Grupo María Angélica Leal Leal Edición Juan Felipe Escobar Calderón Corrección de Estilo Diana Consuelo Luque Villegas (PGP) Diagramación Diana Londoño Aguilera (PGP) Impresor GRACOM Gráficas Comerciales

VIDA SIN FRONTERAS es una revista de la Universidad Nacional de Colombia y de los miembros vinculados al Grupo de Astrobiología-UNASB. Los textos presentados en la si-

guiente publicación expresan la opinión de sus respectivos autores y la Universidad Nacional no se compromete directamente con la opinión que estos pueden suscitar.

Respetado

LECTOR A continuación encontrará el tercer número de la revista Vida Sin Fronteras, una publicación del Grupo de Astrobiología de la Universidad Nacional, el cual se ha enfocado en expandir el alcance de esta ciencia en el país. Los trabajos aquí publicados tienen como objetivo introducir al lector en la actualidad del campo y brindar una mejor perspectiva sobre la realidad de la investigación en astrobiología. Esperamos sea de su agrado.

Agradecemos a la Dirección de Bienestar, quienes, por medio del programa de Gestión de Proyectos, favorecieron y permitieron llevar a cabo el presente proyecto. Agradecemos, también, de manera especial, a los docentes del Departamento de Biología, quienes apoyaron la realización de este tercer número de la revista.

Animamos a todas las personas interesadas en la astrobiología a escribir con nosotros.

Cordialmente,

Comité Editorial Grupo de Astrobiología Universidad Nacional

LAS PLANTAS EN EL ESPACIO Plants in space Hermes Hernán Bolívar Torres Departamento de Biología Universidad Nacional de Colombia hhbolivart@unal.edu.co

Yuliana Del Pilar Castañeda Molina Bióloga Universidad Nacional de Colombia yupcastanedamo@unal.edu.co

Resumen Las plantas hacen parte indispensable de la vida; de tal forma que, serían imprescindibles si se considera la posibilidad de habitar otro planeta por largo tiempo. Estas serán un componente importante de las futuras misiones espaciales de larga duración y es por esta razón que la NASA, y otras agencias espaciales del mundo, han ido desarrollando varias investigaciones en torno a generar los ambientes propicios para la producción de cultivos comestibles, los cuales permitan el mantenimiento de la vida. Dado que dichos cultivos deben superar los ambientes hostiles del espacio, en esta revisión se muestran algunos de los estudios realizados en distintas especies vegetales que fueron sometidas a dichas condiciones.

Adicionalmente, se muestra cómo la ciencia se acerca cada vez más a la posibilidad de establecerse en otro planeta o conocer más de los mismos.

Palabras clave: Gravedad, luz, almacenamiento, NASA y plantas.

Abstract Plants are an essential part of life, in such way, they will be vital if man is considering to inhabit another planet for a long time. It will be an important component of future long-term space missions and, for this reason, NASA and other space agencies in the world, have developed much research about the generation of enabling environments for the production of food crops that allow the maintenance of life. Since these crops must overcome the hostile space environments, in this review, we show some of the studies in different plant species, which were subjected to those conditions and how science is getting closer to the possibility of settling in another planet or know more about them.

Key words: Gravity, light, storage, NASA and plants.

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Introducción Las plantas son uno de los organismos de vital importancia para la supervivencia humana en la Tierra; esto, debido a los diferentes procesos ecológicos en las que estas intervienen, como el reciclaje de O2 y agua; además de proveer alimentos (Ferl, Wheeler, Levine & Paul, 2002).

Al pensar en la posibilidad de la vida humana fuera del planeta, por un periodo de tiempo prolongado, se hace necesario el desarrollo de sistemas de producción y cultivos alimenticios en el espacio, los cuales permitan el mantenimiento de la vida. Es por esto que este tema ha sido una prioridad no solo para la NASA sino también para las diferentes agencias espaciales alrededor del mundo; quienes buscan comprender los efectos de las condiciones hostiles del espacio sobre las plantas, en especial, aquellas que hacen parte de nuestra dieta diaria, como granos y verduras.

En la siguiente revisión se presentarán algunos de los estudios realizados en distintos grupos botánicos, los cuales fueron sometidos a diferentes condiciones hostiles como baja gravedad, variabilidad de luz y el almacenamiento prolongado de semillas. Ejemplo de esto son las plantas modelo como Arabidopsis y plantas que son usadas habitualmente para la alimentación –la cebada, la coliflor, las arvejas, las lentejas, la espinaca y la lechuga, entre otros–.

La temperatura como factor de selección Una de las condiciones que más ha inquietado a los investigadores es la influencia de una gravedad menor o nula sobre los seres vivos, en especial, las plantas. Debido a que, en estos organismos en específico, este parámetro influye de forma determinante en su desarrollo, puntualmente, en el crecimiento de las raíces. Comprender la influencia de la microgravedad en las plantas, por tanto, es fundamental para exploraciones tripuladas de larga duración y/o para el establecimiento de colonias en la Luna o en Marte.

Para esto, los investigadores han acudido al uso de cultivos experimentales con plantas en órbita, especialmente Arabidopsis thaliana. Como es sabido, esta especie es de gran uso en la experimentación debido a su corto ciclo de vida; su genoma, secuenciado en su totalidad, y la disposición de especímenes mutantes y transgénicos (Link, Durst, Zhou &Stankovic, 2003) lo que la convierte en una candidata ideal para cultivos en la estación espacial internacional.

De acuerdo con sus resultados, estos investigadores encontraron pocas variaciones en el desarrollo de Arabidopsis en el espacio, comparándolo con sus respectivos controles en la Tierra; lo que indica que la microgravedad influye poco sobre rasgos como la germinación y el crecimiento de estas plantas (Link et al., 2003). Años más tarde, Kiss, Millar y Edelmann (2012) trabajaron con esta misma especie, con el fin de observar cómo la gravedad fraccionada influye en la curvatura derivada por fototropismo en hipocótilos y raíces. En sus resultados, encontraron que el fototropismo positivo es mayor en gravedades bajas (microgravedad-0.1 g) ante la luz roja; por el contrario, este efec-

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to se ve atenuado a gravedades mayores (0.3-1g). En cuanto a las raíces, se encontró que el fototropismo negativo ante la luz azul es mayor, también, a gravedades bajas. Esto evidencia el efecto de la gravedad sobre un fenómeno tan importante en las plantas como es el fototropismo.

Sychev, Levinskikh, Gostimsky, Bingham y Podolsky (2007) desarrollaron varios experimentos con los cultivos de dos variedades de arveja; durante su investigación, evaluaron los parámetros morfológicos y genéticos de los cultivos. De acuerdo con sus resultados, no se encontraron diferencias significativas entre los cultivos realizados en el espacio, con respecto a los que se realizan en la Tierra.

Si bien se halló una aberración cromosómica mayor en las semillas obtenidas de cultivos realizados en el espacio, este porcentaje posee una diferencia muy pequeña, con respecto al que se presenta en los mismos cultivos en la superficie terrestre. En la figura 1.1, se presenta una fotografía de uno de los cultivos desarrollados en la Estación Espacial Internacional –ISS, International Space Station–.

Figura 1.1. Plantación de arveja realizada por Sychev et al., en la Estación Espacial Internacional. Fuente: Sychev et al., 2007, p. 429.

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Se ha descubierto que, en algunas plantas presentes en microgravedad, se presenta un fenómeno denominado automorfogénesis; este fenómeno consiste en el crecimiento de la raíz en direcciones aleatorias, debido a las condiciones de microgravedad (Driss, Legué, Carnero & Perbal, 2008). En su artículo, Driss et al. describen cómo, en estudios previos, se ha visto este fenómeno en embriones de plantas, como el arroz y el maíz. Adicionalmente, los autores sometieron semillas de lenteja a gravedad fraccionada después de iniciada su germinación y encontraron que, en microgravedad, las raíces tomaban dirección hacia los cotiledones, algo que suele suceder en otras plantas cuando son expuestas a estas condiciones. No obstante, cuando se aplicaba gravedad, se observaba que la raíz restablecía su dirección hacia el vector gravitacional.

Son varias las hipótesis propuestas para explicar el porqué de dicho fenómeno; sin embargo, aún no son claros los mecanismos fisiológicos o moleculares que inducen este tipo de curvatura aleatoria de las raíces, tanto en lentejas como en otras plantas; por consiguiente, aún falta mucho que descubrir acerca de la automorfogenesis; así como cuáles son los mecanismos que desencadenan este fenómeno; lo que permitirá explicar los misterios del gravitropismo.

La luz La NASA cuenta con programas en desarrollo, como el Soporte de Vida Avanzada –ALS, Advanced Life Support–, el cual incluye investigaciones asociadas con la purificación del agua, la revitalización del aire, el tratamiento de residuos, la producción y preparación de comida, entre otros. Este programa tiene como objetivo final ayudar a que los humanos puedan habitar fuera de la Tierra por un período indefinido, mediante la creación de un sistema de soporte de vida sostenible.

El ALS fue desarrollado a partir de un sistema cerrado de soporte de vida ecológica CELSS –del inglés Closed Ecological Life-Support System–, cuyos primeros trabajos, en diferentes países del mundo, se enfocaron en las sinergias entre las plantas y los seres humanos en sistemas cerrados; en especial, en los sistemas de cultivos y producción futuros en el espacio. Ejemplo de esto, son los trabajos realizados por la ALS de EE.UU., quienes utilizaron microalgas, como Chlorellasp., para la producción de alimentos, de oxígeno y la revitalización del agua. Los sistemas de iluminación utilizados para estas algas se trasladaron pronto a las plantas superiores (Gitelson, Lisovsky & MacElroy, 2003).

Una de sus investigaciones incluyó un factor muy importante, como lo fue el diseño y la prueba de hábitats de crecimiento de las plantas que se utilizarán en la Luna o Marte; diseños tales como el uso de invernaderos inflables, basados en radiación solar fotosintéticamente activa –PAR–, para irradiar directamente los cultivos, los cuales debe soportar la diversidad en la intensidad del PAR solar disponible y apoyar el crecimiento de la planta (Horneck et al., 2003). Para el caso de la Luna, la variación en la intensidad del PAR hace referencia a los largos periodos de oscuridad; en Marte, en cambio,

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se debe a las impredecibles tormentas globales de polvo, a los ciclos estacionales de luz diurna y a la distancia del planeta desde el sol.

Debido a estas variaciones, la energía solar no es considerada como la opción más viable para la producción de cultivos, ya que si esta fuera la fuente principal de energía fotosintética, se perderían los mismos. Es por esto que, una fuente de iluminación eléctrica, se hizo indispensable.

Para optimizar la eficiencia del uso de energía, se propusieron generar la mayor cantidad de biomasa comestible con la menor cantidad de energía eléctrica utilizada y, así, evitar efectos adversos, como exceso de carga térmica, generada por la superficie de las lámparas, las cuales interfieren en el óptimo crecimiento de las plantas (Massa, Emmerich, Morrow, Bourget & Mitchell, 2006).

Dado que algunas especies tienen requerimientos especiales de longitud de onda, como es el caso de ciertos cultivos (lechuga y trigo), los cuales crecen bajo la luz roja sola (Goins, Yorio, Sanwo & Brown, 1997). Empero, estos y otros cultivos han mejorado la producción de biomasa con la adición de pequeñas cantidades de luz azul (Goins et al., 1997), haciendo necesaria la estandarización de la intensidad de la emisión de luz.

Con base en esta información, se desarrollaron diferentes estrategias, como la implementación de los diodos emisores de luz LED –del inglés Light-emitting diodes–, que son de corriente controlada, su oscurecimiento es lineal y continuo, con una correlación entre el PAR y la corriente que puede ser mayor que 0,99 (Massa et al., 2005) y que permite maximizar la producción de biomasa comestible mediante la regulación de la fuente de luz para adaptarse a la cosecha en diferentes etapas del desarrollo. La experimentación ha demostrado que diferentes especies pueden cultivarse con éxito bajo LED, incluyendo las espinacas (Goins y Yorio, 2000) y la lechuga (Goins et al., 2001; Kim et al., 2004). También se ha demostrado que la luz verde puede tener efectos beneficiosos para el crecimiento de la planta, especialmente, dentro de densos doseles foliares (Kim et al., 2004; 2005).

Diferentes estudios se han realizado en la Universidad de Wisconsin, en el Centro Espacial Kennedy de la NASA y en la Universidad de Purdue, para examinar la utilidad de los LED como fuente única o como iluminación adicional para el crecimiento vegetal en el espacio, como parte de un sistema de soporte de vida en Marte (Massa, Kim, Wheeler & Mitchell, 2008). La calidad de la luz juega un papel importante en el crecimiento y la productividad de especies vegetales; por ejemplo, el rojo lejano es importante para estimular la floración de las plantas de día largo; mientras que, la luz azul es importante para el fototropismo y para la apertura de los estomas. Una función potencial de LED en la horticultura podría ser mejorar las características deseadas para cultivos específicos (Kim et al., 2005).

Los LED parecen ser los sistemas de iluminación óptimos para el crecimiento del cultivo en ALS, ya que permiten seleccionar con precisión un espectro eficiente para la fotosíntesis, el crecimiento y la floración; adicional a

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esto, su superficie relativamente fría y su larga vida útil brindan condiciones propicias para el crecimiento de cultivos en condiciones controladas (Massa et al., 2006). Todo esto nos lleva a pensar que el crecimiento de los cultivos en la Luna y Marte está mucho más cerca de la realidad.

El Almacenamiento Otra preocupación que ha surgido en los investigadores corresponde a los riegos que puedan correr las semillas en almacenamiento prolongado en el espacio. En especial, en su capacidad de germinación. De este modo, se han desarrollado experimentos con el fin de exponer semillas de plantas a condiciones orbitales; por ejemplo, Wu y colaboradores (2010) usaron semillas de coliflor y de brócoli, y las colocaron en órbita durante 18 días a través de un satélite; después de la exposición en el espacio, las semillas fueron recuperadas y puestas a germinación durante dos generaciones. Estos investigadores encontraron que las plantas de coliflor obtenidas de las dos generaciones presentaron leves cambios morfológicos con respecto a los cultivos control; mientas que las semillas de brócoli presentaron un porcentaje de germinación más bajo que el cultivo control.

En la estación espacial internacional, también se han realizado este tipo de experimentos. Sugimoto y colaboradores (2011) llevaron a cabo un experimento de este tipo en estas instalaciones, en el cual tomaron semillas de cebada y las almacenaron en un contenedor metálico, el cual fue expuesto durante trece meses en el espacio, sin ningún tipo de control sobre el contenedor. Después del tiempo de exposición, las semillas fueron devueltas a la Tierra, donde fueron germinadas y sembradas (figura 1.2), con el fin de determinar los efectos de la exposición sobre características como la germinación, morfología y genoma.

Figura 1.2. Desarrollo de una de las líneas de cebada, durante cuatro meses partiendo desde A hasta D, la matera S simboliza la las semillas almacenadas en el espacio y la matera G el control. Fuente: Sugimoto et al., 2011, p.1157.

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En sus resultados, los investigadores encontraron que estas semillas tuvieron un porcentaje de germinación muy similar a las semillas control. Morfológicamente hablando, las plantas de cebada, provenientes de la germinación de las semillas expuestas al espacio, eran muy similares en cuanto a altura, número de espigas y de semillas producidas; este mismo resultado se obtuvo para la fertilidad de las semillas producidas por estas plantas. Por último, en cuanto a su genoma, de los fragmentos de ADN estudiados, se encontró que algunos de ellos aparecen y desaparecen en las semillas expuestas al espacio.

Así, se puede observar que, por lo general, es viable el almacenamiento de semillas de plantas comestibles para viajes espaciales de mediano y largo plazo, lo que permitirá el sustento alimenticio de la tripulación, y la creación de posibles hábitats como la Luna y Marte.

Conclusiones Si bien muchas de las plantas estudiadas parecen tener una gran tolerancia a las condiciones hostiles del espacio, no se pueden generalizar estos resultados con plantas de las cuales no se han desarrollado pruebas. En cuanto a los posibles daños que puedan sufrir estas plantas en su genoma, no se han registrado estudios al respecto; sin embargo, es válido pensar que se espera generar variedades con las condiciones esperadas.

Cabe mencionar que, si bien los avances tecnológicos para el cultivo de plantas en el espacio han mostrado grandes resultados, aún falta desarrollar dispositivos y experimentos de mayor duración, los cuales permitan dilucidar con claridad las limitaciones que pueda tener el desarrollo de cultivos de plantas fuera de nuestro planeta.

Por último, es importante destacar, que si bien aún falta mucho por conocer sobre las posibles dificultades del cultivo de plantas en el espacio, durante varias generaciones, es una realidad que le permitirá a los seres humanos atravesar fronteras nunca antes imaginadas.

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Bibliografía

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LAS PLANTAS EN EL ESPACIO

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Massa, G. D.; Kim, H. H.; Wheeler, R. M.; Mitchell, C. A. (2008).Plant productivity in response to LED lighting.

HortScience, 43(7), 1951-1956 Sugimoto, M.; Ishii, M.; Mori, I. C.; Elena, S.; Gusev, O. A.; Kihara, M.; Hoki, T.; Sychev, V. N.; Levinskikh, M. A.; Novikova, N. D. & Grigoriev, A. I. (2011). Viability of barley seeds after long-term exposure to outer side of international space station. Advances in Space Research, 48(6), 1155-1160.

Sychev, V. N.; Levinskikh, M. A.; Gostimsky, S. A.; Bingham, G. E. & Podolsky. I. G. (2006). Spaceflight effects on consecutive generations of peas grown onboard the Russian segment of the International Space Station. Acta AstronĂĄutica, 60(4-7), 426-432.

Wu, H.; Huang, C.; Zhang, K. & Sun, Y. (2010).Mutations in cauliflower and sprout broccoli grown from seeds flown in space. Advances in Space Research, 46(10), 1245-1248.

DOI: 10.1016/j.asr.2010.06.035.

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ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS DE LA ZONA DEL CAOS DE CONAMARA EN LA LUNA EUROPA DE JÚPITER COMO AMBIENTE PROPICIO PARA EL DESARROLLO DE VIDA

Geomorphological aspects of the area of Conamara Chaos on Jupiter’s moon Europa as a favorable environment for the development of life Miguel Ángel Pinilla Ferro Departamento de Matemáticas, Universidad Distrital Francisco José de Caldas Integrante Grupo de Astrobiología, Universidad Nacional de Colombia (UNASB) Integrante Grupo de Ciencias Planetarias TITAN, Universidad Nacional de Colombia mapinillaf1985@gmail.com Andrés Felipe Amarís Álvarez Biólogo, Universidad Nacional de Colombia Integrante Grupo de Astrobiología, Universidad Nacional de Colombia (UNASB) afamarisa@unal.edu.co

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Resumen La zona del Caos de Conamara se encuentra ubicada sobre la superficie de Europa, luna de Júpiter a 8º N y 274º W. A través del análisis de imágenes enviadas por la sonda Galileo, se evidenciaron procesos geomorfológicos de carácter caótico y una estructuración poligonal. La abundancia de domos, abombamientos y depresiones en esta sección de la gélida corteza de Europa son evidencia del reciente movimiento de las masas de hielo de agua. La rotación sincrónica de Europa y su ubicación con respecto a la luna Io han permitido que el satélite natural se impregne con compuestos de Dióxido de Azufre (SO2) provenientes de las explosiones volcánicas de Io; estos se han depositado sobre el material rico en Cloruro de Magnesio (MgCl2) que compone la superficie de Europa. Analizando los trabajos previos se busca evaluar que, a pesar de la radiación emitida por Júpiter, sistemas vivos pueden desarrollarse bajo las capas de hielo de la corteza.

Palabras clave: Caos de Conamara, Europa (luna), geoquímica, geomorfología, extremófilos, sonda Galileo.

Abstract Conamara Chaos area is located on the surface of Europa, Jupiter’s moon on 8ºN and 274ºW; the analysis of images sent by the Galileo Spacecraft proves that chaotic geomorphological processes and polygonal structures are evident.

The abundance of domes, bulges and depressions in this section of the icy crust of Europa are evidence of the recent movement of water masses. The synchronous rotation of Europe and its location in relation to the moon Io have allowed the natural satellite to be impregnated with compounds of sulfur dioxide (SO2) from Io’s volcanic explosions, which have been deposited on the rich Magnesium Chloride (MgCl2) surface of Europa. Analyzing previous studies, the present work seeks to evaluate that, despite radiation from Jupiter, living systems could be developed under the warm layers of ductile ice on the surface of the icy crust.

Key words: Conamara Chaos, Europe (moon), geochemistry, geomorphology, extremophiles, Galileo Spacecraft.

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Introducción Con las imágenes enviadas, por las sondas espaciales Voyager y Galileo, de la superficie de Europa, se evidenció, por primera vez, un acercamiento preliminar a los procesos geológicos que caracterizan a esta gélida luna (Figueredo & Greely, 2004). Mediante el análisis de las imágenes se comprueban algunos rasgos de la superficie que evidencian una geodinámica acorde con movimientos recientes de las masas de hielo (Pappalardo & Barr, 2004). La transferencia de calor por celdas de convección desde el interior de Europa hacia la gélida superficie, puede ser el mecanismo que explique la geodinámica de fraccionamiento de la corteza superficial (Prockter, 2000). Aunado a esto, el tirón gravitacional, que ejerce Io y Ganimedes en resonancia orbital con Europa (Kattenhorn, 2002), genera fricción en las diferentes capas constitutivas del núcleo, incrementando su energía cinética, liberando calor, y, como consecuencia, procesos de fractura hacia la superficie. (Pappalardo & Barr, 2004).

A su vez, con las mediciones de gravimetría efectuadas por la sonda Galileo, con respecto al núcleo y corteza externa, se ha logrado determinar que la capa externa gira mucho más rápido que el interior (Khurana et. al., 2002) lo cual ha permitido inferir la existencia de un océano global (Kattenhorn 2002).

Con todo esto, Europa se convierte en uno de los cuerpos del sistema solar que tiene los criterios cruciales de probabilidad para la búsqueda y detección de vida; esto es: fuentes de calor hidrotermal, agua, procesos de intercambio geoquímicos, y renovación de superficie.

De acuerdo con lo anterior, el presente trabajo busca analizar esta posibilidad en la zona del Caos de Conamara, ubicado en 8º N y 274º W, usando imágenes SSI (Solid Stater Imager) de la sonda Galileo durante el sexto paso orbital, con una resolución de 54 metros por pixel, la región seleccionada comprende los 125km X 75 km (Spaun, 1998); lugar, teóricamente propicio, en el que hipotéticos protobiontos tienen una zona de equilibrio que les permitiría prosperar y evolucionar.

Geomorfología del Caos de Conamara La configuración irregular y caótica, que caracteriza este terreno, está constituida por polígonos y domos que se subdividen en: i) formas micropoligonales; ii) bloques angulares; iii) picos, y iv) estratificaciones (Spaun, 1998).

Es una superficie geológicamente joven, con alrededor de 50 millones de años (Prockter, 2000); está delimitada al noreste por las fracturas en cresta Asteruis Linea y al noroeste por Agava Linea. (Pappalardo & Barr, 2004). Reconstruyendo la zona, se evidencia movimiento de las diferentes subunidades constitutivas, tal y como se aprecia en las imágenes de la figura 2.1 (tomadas de Spaun, 1998). La traslación poligonal de las subunidades es más evidente hacia el centro del Caos De Conamara lo cual implica un evidencia de incremento ductil del material y aumento de temperatura de la masa de hielo.

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ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS DE LA ZONA DEL CAOS DE CONAMARA EN LA LUNA EUROPA...

Figura 2.1. Algunos aspectos superficiales de la zona del Caos de Conamara.

Fuente: Spaun, 1998, pp. 4277-4279.

La naturaleza y evolución geológica de esta zona apunta a proponer un modelo de formación caracterizado por el ascenso de corriente de agua cálida desde el fondo del teórico océano global, el cual fractura, por diferencia de temperatura, la corteza congelada (Prockter, 2000). El abombamiento que se constituye crea domos y megadomos que adquieren una configuración característica propia de las masas de hielo constituyentes (Figueredo & Greely 2004). Adicionalmente, el tirón gravitacional, provocado por la confluencia en resonancia orbital con Ganimedes e Io, desencadena fuerzas de marea que actúan sobre la corteza gélida, rompiendo sus estructuras; las crestas que delimitan su área, también, actúan con efecto desencadenante, modelando la configuración geomorfológica del terreno (Prockter 2000).

Igualmente, los efectos de compresión que tienen las placas de hielo sobre el material con menor densidad obligan a la acumulación del exceso y, con el tiempo, a la relajación del sector; lo cual le imprime un aspecto coalescente a toda la matriz del terreno. Los efectos termales de aumento de temperatura son la hipótesis más pertinente para comprender la estructura y evolución

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de la zona, mas, no se ha hallado evidencia en el análisis visual que implique movimiento de traslación horizontal, debido a la forma como las formas de hielo poligonales tienen autonomía de traslación y rotación (Spaun, 1998).

Todavía no se puede explicar exactamente los patrones de migración de las formas de hielo poligonal; las orientaciones de migración pueden asemejar los efectos de la fuerza coriolis, donde el polígono de hielo sufre una aceleración adicional, además de las fuerzas inerciales propias del sistema, y que se traduce en una desviación lateral de su trayectoria.

Búsqueda y detección de vida Europa, según el análisis espectral, tiene sobre su superficie composiciones ricas en sulfato de magnesio (MgSO4). Mediante uso de óptica adaptativa a través del telescopio terrestre Keck y usando el instrumento en espectrografía OSIRIS, en rango de líneas espectrales de absorción 1.473 µm - 1.803 µm (Hbb) y 1.956 µm - 2.381 µm (Kbb), se logró identificar que los compuestos de sal en la marca de absorción de los 2.3 µm proceden de la superficie de la corteza y que concuerdan con la firma espectral del dióxido de Azufre(SO2),junto con material rico enCloruro de Magnesio; una posible evidencia de la interacción con los compuestos procedentes de la luna Io. A su vez, una tenue atmósfera de Na (sodio) y K (potasio) indicaría que la composición más común de la superficie sería de sales de NaCl y KCl. También se halló línea espectral de absorción para epsomita (MgSO4-7H2O), una forma de mineral de sulfato de magnesio heptahidratado(Brown & Hand, 2013).

La abundancia de este tipo de sales en las firmas espectrales permite relacionar las características químicas del teórico océano global de Europa con los de la Tierra. Esto da lugar a inferir que el escenario que se configura en Europa, reúne criterios cruciales para el desarrollo de un ambiente prebiótico. Por tanto, la zona del Caos de Conamara se perfilacomo el ambiente más idóneo para la detección preliminar de firmas espectrales y, posteriormente, la búsqueda de la existencia de formas de vida, mediante sondas de aterrizaje (Lander).

Las zonas “Caos” permitirían un lugar de intercambio y reciclaje geoquímico que ambientaría la creación de zonas de equilibrio. Con base en el estudio de las adaptaciones de los microorganismos extremotolerántes, como los radiófilos, halófilos e hipertermófilos que se desarrollan en la tierra, se puede predecir la probabilidad de existencia de sistemas vivos que puedan habitar el océano global de Europa. El ambiente extremo de Europa estaría descrito por la influencia de una alta radiación emitida por Júpiter, de alrededor de 3.500 Gy por centímetro cuadrado (Brown & Hand, 2013); alto contenido de saturación de sales disueltas en superficie, y altas presiones y temperaturas del océano global.

Para el primer caso, en la tierra, la bacteria Deinococcus radiodurans soporta 15.000 Gy; su adaptación está en que tiene de 8 a 10 copias de su ADN en

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ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS DE LA ZONA DEL CAOS DE CONAMARA EN LA LUNA EUROPA...

su fase de replicación, las múltiples copias de su genoma, permiten una abundancia de copias cromosomales que producen un incremento de genes que codifican proteínas de reparación (Mandigan & Marrs, 1997). Para el segundo escenario, generalmente, las altas concentraciones de NaCl son un inhibidor de crecimiento microbiano; pero, para ambientes de alta saturación de sales, algunos microorganismos han desarrollado mecanismos haloadaptativos en su membrana celular y en su citoplasma. Para el último caso, altas temperaturas (termófilos) y bajas temperaturas (Psicrotrofos), están, respectivamente, Pirobulus fumari (113ºC), y Basillus subtillis (menor a 15ºC)(Satyanarayana et al., 2005); organismos que han desarrollado adaptaciones que les permiten sobrevivir en temperaturas extremas para otros organismos.

Estos posibles organismos requerirían de la presencia de nutrientes y compuestos complejos para mantenerse. La creación de elementos bioquímicos para sustentar el desarrollo de vida tiene dos posibles vías: una externa donde la radiación emitida por Júpiter y los rayos gamma cósmicos rompen las cadenas de H2O, creando elementos altamente oxidantes como O2 (oxigeno molecular) y H2O2 (Peróxido de hidrogeno) (Brown & Hand, 2013); del mismo modo, los impactos de asteroides en el pasado geológico de Europa agregaron compuestos orgánicos. Para el factor interno, las teóricas fuentes de calor hidrotermal aportan, a los ambientes del océano global, nutrientes para reacciones metabólicas de los potenciales protobiontos en evolución.

Con todo lo anterior, la zona del Caos de Conamara, en Europa, agrupa criterios básicos comunes para especular con la constitución y el desarrollo de sistemas vivos; un disolvente universal como el agua, proliferación de biomoléculas complejas y una fuente de continuo intercambio termodinámico con el entorno, lo cual les permitiría, a las formas de vida, diversificar su material genético, y, de este modo, establecer mecanismos de adaptación que les permitan permanecer en el tiempo y evolucionar.

Conclusiones Las zonas de Caos ofrecen un ambiente teórico para la constitución de ambientes propicios para el desarrollo de vida, dado por las potenciales fuentes de energía endotermal, agua como disolvente esencial, proliferación de moléculas complejas sobre superficie y procesos de renovación de actividad geoquímica.

Lo anterior, convierte a estas zonas en regiones idóneas para concentrar esfuerzo de detección de vida así como posibles puntos de llegada para que un futuro sonda de aterrizajepueda acceder, de manera eficaz, a la toma de muestras del océano global de Europa. Esto es especialmente cierto para el Caos de Conamara, ya que los procesos de fractura en las masas de hielo de su superficie permiten inferir un menor espesor del hielo, lo cual permitirá realizar una perforación cómoda.

Los reservorios que se constituyen bajo los domos y megadomos de las

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zonas de caos son un escenario ideal para la proliferación de formas de vida con adaptaciones evolutivas a las altas concentraciones de salinidad, dosis de radiación, temperatura y de presión oceánica. Las perspectivas de investigación apuntan a evaluar el nivel de profundidad que tiene la capa gélida, donde la radiación de Júpiter y los rayos cósmicos no tendrían influencia en la proliferación de formas de vida en Europa.

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¿ES LA CONCIENCIA UN ATRIBUTO INHERENTE A LA EXISTENCIA DE LA VIDA? Is consciousness an attribute inherent to the existence of life?

Rosa Alejandra Reyes Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia Integrante del Grupo de Astrobiología, Universidad Nacional (UNASB) rareyesq@unal.edu.co

Resumen El término consciencia abarca una amplia categoría de conceptos, los cuales van desde la mera vigilia, hasta especulaciones de carácter filosófico, con fines prácticos. En el presente artículo se entenderá como la capacidad que posee un organismo de responder internamente a los cambios que ocurren en el medio en el que habita, implicando la noción de una bioquímica interna que se ve afectada por las variaciones del entorno en el transcurso del tiempo, resultando en la ejecución de acciones que le permitan sobrevivir, desarrollarse y reproducirse. El cómo, cuándo y dónde surgió esta primera forma de consciencia está estrechamente relacionado con la aparición de la vida en la tierra, el dominio del globo por parte de microorganismo unicelulares y con la evolución de la vasta inteligencia humana.

Palabras clave: Estímulo, percepción, memoria, astrobiología, Universo.

Abstract The term consciousness covers a broad category of concepts ranging from the mere vigil up to philosophical speculation, for practical purposes, in this article it shall be understood as: the ability of an organism to internally respond to changes that occur in the environment in which it lives, implying the notion of an internal biochemistry that is affected by changes in the environment over time, resulting in the implementation of actions that entail survival, development and reproduction. The how, when and where this first form of consciousness emerged is closely related to the emergence of life on Earth, the domain of the globe by unicellular microorganism and the evolution of human vast intelligence.

Keywords: Stimulus, perception, memory, astrobiology, Universe.

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Introducción El entendimiento e interpretación del mundo que nos rodea es el principal ejercicio cognoscitivo realizado por el masivo conjunto de redes neuronales, conocido como cerebro humano. Se trata de una singularidad al interior del mundo biológico debido a que ningún otro ser vivo (del que se tenga registro) ha logrado alcanzar tan complejos niveles de interacción al interior de su sistema nervioso.

Es, gracias a la evolución de este maravilloso sistema sensorial, que la humanidad ha podido llegar a sofisticados cuestionamientos al respecto de su propio papel en el universo; al igual que la ejecución de subsecuentes acciones que desafían los parámetros de tiempo y espacio limitantes para los demás organismos. Los interrogantes que surgen de este hecho son muchos; los que atañen a la astrobiología implican la, incierta mas no improbable, existencia de vida. Y, si este es el caso, ¿Cómo surgió la primera forma de consciencia? ¿Cuáles son las bases que han permitido la consciencia e inteligencia de tipo humano? ¿Es este un evento aislado en el vasto universo? O ¿es tan probable como el surgimiento de la vida misma?

Todos los procesos de acción, sensación y aprendizaje dependen del sistema nervioso, dado que este es la última frontera entre un organismo viviente y la realidad en la que se halla inmerso (Carlson, 2006). Debido a esta noción, el biólogo chileno Humberto Maturana (1996) afirma: (…) sabemos a partir de la vida cotidiana que el observador, u observadora es un sistema viviente porque sus habilidades cognoscitivas se alteran si su biología se altera; la observación y el conocimiento son explicados como fenómenos biológicos mediante la operación del observador, u observadora, en tanto que es un ser humano. (p. 11)

Los seres humanos operamos como observadores; sin embargo, este ejercicio ya no se restringe exclusivamente a lo que pueden o no percibir los sentidos.

Actualmente, se puede observar a través de microscopios que tienen la capacidad de aumentar un millón de veces un objeto o bien a través de telescopios que retroceden en el tiempo mientras más lejos logran enfocar sus lentes en el espacio. El escenario se mantiene; toda forma de vida conocida (en este planeta) es un evento extraordinario en el universo ya que implica el surgimiento y desarrollo de una forma particular de interacción a nivel molecular denominado vida.

En el quehacer astrobiológico, es maravilloso y, a la vez, inquietante el hecho de que la única fuente de conocimiento acerca de lo biológico se fundamenta en el estudio de organismos terrícolas compuestos por cadenas a base de carbono, características del metabolismo celular (incluyendo aquellas moléculas halladas en meteoritos).

Toda la vida en la tierra está estrechamente relacionada. Tenemos una química orgánica común y una herencia evolutiva común. Como consecuencia de esto nuestros biólogos se ven profundamente limitados. Estudian solamente un tipo único de biología, un tema solitario en la música de la vida. ¿Es este tono agudo y

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¿ES LA CONCIENCIA UN ATRIBUTO INHERENTE A LA EXISTENCIA DE LA VIDA?

débil la única voz en miles de años luz? ¿O es más bien una especie de fuga cósmica, con temas y contrapuntos, disonancias y armonías, con mil millones de voces distintas tocando la música de la vida en la galaxia? (Sagan, 1980, p. 25)

Con la latente posibilidad de tener un tremendo sesgo, al respecto de las leyes universales que rigen la vida, se ha planteado que una característica implícita de la misma es la capacidad de reaccionar internamente a estímulos recibidos del exterior. Para que ocurra dicha reacción se requiere, en primer lugar, de algún tipo de receptor de información, una forma de comunicación para que la información sea interpretada exitosamente y, finalmente, desencadene una acción acorde con las necesidades del organismo.

En el nivel más primario, estos procesos ocurren gracias a transformaciones bioquímicas en enzimas y catalizadores del metabolismo celular. En primer lugar, en las membranas se hallan los transportadores y receptores macromoleculares “los verdaderos órganos del sentido químico en las células”; en segundo lugar, a este sentido se suma la acción de los canales iónicos, los cuales contribuyen a la existencia de potenciales eléctricos a través de las membranas y, en tercer lugar, las proteínas alostéricas (las cuales constituyen una especie de interruptor, capaz de modificar radicalmente la afinidad por una molécula o zona molecular) que actúan en función de la presencia o ausencia de otra molécula con el papel de señal regulatoria (Mizraj, 2010).

Si el origen de la de la primera entidad con capacidad de autorreplicarse y llevar información a su descendencia se yergue, como el primer gran misterio de la vida; según Jacques Monod las proteínas alostéricas podrían ser consideradas el segundo secreto de la vida. Dichas proteínas son el factor básico para lograr la armonía conceptual entre el inmutable universo de las leyes fisicoquímicas y el creativo universo de los seres vivos (Mizraj, 1999).

Los efectos alostéricos implican que la unión de un ligando en un sitio afecte la unión de otro ligando en otro sitio; generalmente, se requieren interacciones entre las subunidades de proteínas oligoméricas. De acuerdo con Monod (1949), estas proteínas son las responsables de la emergencia a nivel molecular de los sistemas cibernéticos de regulación fisiológica, aquellas que son la base de la evolución de organismos con complejidad creciente.

A la serie de eventos que han moldeado la singular forma de comunicación entre los organismos vivos a nivel molecular, se añade la quimiotaxis, habilidad desarrollada por las bacterias con el fin de acercarse o alejarse de un ambiente químico determinado; el mecanismo mediante el cual las bacterias tienen la capacidad de responder, con la activación del motor flagelar, a un estímulo químico no es del todo conocido; empero demuestra que este tipo de microorganismos posee un sistema sensor temporal de un gradiente de concentración específico. La célula compara las variaciones en la concentración de determinada sustancia, lo cual introduce la noción de un antes y un después, algo que se podría denominar como el más arcaico tipo de memoria (Voet & Pratt, 2009).

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Este tipo de reacciones a nivel celular, son evidencia de la alta correlación entre un ambiente acuoso (o algún otro similar en el universo, en donde exista un medio líquido que permita la relación solvente-solvato) y el desarrollo de los primeros organismos vivientes. En este medio, las primeras formas de vida se vieron obligadas a resolver problemas termodinámicos y cibernéticos básicos, con el fin de prevalecer.

Las más complejas especializaciones en transmisión y percepción de estímulos se hallan en las neuronas (principal tipo de células funcionales del tejido nervioso); se comunican entre ellas mediante la sinapsis, unión entre los botones terminales de una neurona y la membrana somática o la dendrítica de otra. Durante el recorrido que hace el potencial de acción a lo largo de un axón, los botones terminales segregan una sustancia química con un efecto que puede ser de tipo excitatorio o inhibidor sobre las neuronas con las que se están comunicando. Los efectos de estas sinapsis dan lugar a una conducta en forma de contracciones musculares (Carlson, 2006).

Esto quiere decir que, a partir de los primeros organismos vivos, hasta las subsecuentes explosiones de diversidad ocurridas a lo largo de las distintas eras geológicas, la complejización y evolución se edificarán sobre una colección de recursos fisiológicos ya producidos por organismos microscópicos a manera de fundamentos del edificio de la vida consciente.

La neurobiología, la fisiología de la conducta y demás ciencias afines deben lidiar con reiterados cuestionamientos al respecto de la naturaleza de la consciencia, específicamente la humana y el lugar de la mente en ello. Este es un tema sobre el cual destacados miembros de la especie humana han reflexionado arduamente y aún no se ha logrado un consenso; sin embargo, gracias a las alteraciones del funcionamiento normal del cerebro, ya sean síndromes, enfermedades, accidentes, etc., se aprecia cómo el comportamiento promedio de un individuo se puede ver seriamente alterado, específicamente en relación a su propia percepción y la del mundo que lo rodea.

A pesar del conocimiento de estos hechos científicos, es mucho lo que se desconoce acerca de conceptos como la consciencia o la mente. El sistema nervioso, el cerebro (en especial el humano), siguen siendo uno de los órganos y tejidos más enigmáticos para la ciencia; además de ser los moduladores e interpretadores de la realidad a la cual podemos acceder acerca de ellos mismos.

Por lo tanto, se convierten en fin y medio de lo que anhelamos conocer.

Existe la premisa de que si se logra elucidar el modo de operación del cerebro en su totalidad, entonces, se podrán comprender las bases fundamentales del comportamiento humano. Esta es una ardua tarea debido a que las reglas que gobiernan la comunicación entre las neuronas están basadas en estadísticas con probabilidades desconocidas, impidiendo la simple casualidad. Cada neurona tiene múltiples roles y, con cada función llevada a cabo por varias neuronas, en caminos que varían de acuerdo con el tiempo, se configura un sistema de complejidad muy alta (Schwartz, 2015).

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El resultado de una infinidad de factores (de los cuales se han señalado someramente solo unos pocos en este artículo), actuando a lo largo de un tiempo suficientemente largo, dieron como resultado el surgimiento de la vida en el universo y, con ella, la aparición de mecanismos y procesos que, tiempo después, se consolidarían en el desarrollo de un sistema nervioso. El cual, en últimas, es una forma de “leer” el ambiente, tener noción del espacio-tiempo, “conocer” las condiciones y los cambios que ocurren en un universo en donde la energía fluye constantemente; en donde se crean fluctuaciones y desequilibrios dinámicos.

Conclusiones Los anteriores argumentos indican que las entidades ‘mente’ y ‘consciencia’ residen sobre la capacidad operativa del tejido nervioso y este sistema funciona bajo los procesos básicos de comunicación celular que desarrollaron los organismos unicelulares a lo largo de dos mil millones de años, ensayo y error.

Respecto a nuestra propia conciencia, la percepción humana está determinada por el modo y ambiente en el que evolucionó; esto quiere decir que, con los mismos agentes pero mínimas diferencias en el entorno, pueden llegar a surgir formas de vida alternativas con “consciencias alternativas” al mismo tiempo. Tal concepto no es fácil de entender ni plantear; no obstante, en este caso, no es solo una probabilidad sino la más segura posibilidad.

Finalmente, la vida primigenia, tal y como la conocemos, está estrechamente ligada a la probabilidad de evolucionar en vida “inteligente”; esto implica que, si en algún otro lugar del cosmos se encuentran: medios acuosos, fuentes de desequilibrio y gradientes de sustancias químicas, es factible que haya aparecido, que esté apareciendo o que vaya a aparecer vida inteligente.

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Bibliografía Carlson, N. R. (2006). Fisiología de la conducta. Madrid, España: Pearson.

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Voet, D.; Voet, J. & Pratt, C. (2009).Fundamentos de bioquímica.

La vida a nivel molecular. Madrid, España: Panamericana.

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ESTRATEGIAS DE OSMOREGULACIÓN EN LA HALOARCHAEA Halococcus hamelinensis Y SU IMPORTANCIA EN ASTROBIOLOGÍA

Leidy Y. González H. Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia Integrante del Grupo de Astrobiología, Universidad Nacional (UNASB) lygonzalezh@unal.edu.co

Osmoregulation´s strategies in the haloarchaea Halococcus hamelinensis and its importance in astrobiology

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Resumen Los microorganismos extremófilos han despertado una gran fascinación por parte de quienes se han dedicado a la búsqueda de la vida extraterrestre, ya que pueden sobrevivir en condiciones impensadas para la mayoría de organismos. La haloarchaea Halococcus hamelinensis soporta altas concentraciones salinas, por lo que ha sido ampliamente estudiada y catalogada como microorganismo capaz de sobrevivir en ambientes extremos, tales como la luna Europa de Júpiter, el Encélado de Saturno o en los subsuelos marcianos.

Esta haloarchaea tiene un gran número de moléculas, tales como la glicina betaína, trehalosa, glutamato y prolina, las cuales, al ser estudiadas, proveen un mayor entendimiento sobre la fisiología del microorganismo y permite demostrar que la vida –como la conocemos–puede abrirse paso hasta en los lugares más inhóspitos del universo.

Palabras clave: Extremófilos, estromatolito, H. hamelinensis, glicina betaina, astrobiología.

Abstract The extremophiles microorganisms had caused a great fascination to the investigators that searches for extraterrestrial life, because they can tolerate extreme environments. The haloarchaea Halococcus hamelinensis can survive to the high salinity. For this, it had been studied and catalogued as a potential microorganism resistant to different extreme environments such as the satellite Europe from Jupiter, the Enceladus from Saturn or the Martian subsurface. This haloarchaea have a great quantity of molecules, such a glycine betaine, trehalose, glutamate and proline. They can be studied to understand a bit more about the microorganism´s physiology and it helps to demonstrate that life can exist in the most inhospitable places from in the Universe.

Keywords: Extremophiles, stromatolite, H. hamelinensis, glycine betaine, astrobiology.

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Introducción La astrobiología, como ciencia interdisciplinar, nació a partir de la curiosidad humana sobre la existencia de vida en otros planetas; fundamentada, principalmente, en la observación de microorganismos terrestres capaces de sobrevivir a ambientes extremos. Esto abre todo un mundo de posibilidades, ya que, al ser capaces de soportar ambientes en los que ningún otro organismo se desarrolla, estos organismos podrían sobrevivir a los ambientes inhóspitos del espacio exterior. Ellos son denominados extremófilos, y tienen una gran variedad de moléculas y adaptaciones, tanto fisiológicas como anatómicas, las cuales les permiten sobrevivir en lugares impensados para la mayoría de organismos. Dentro de los microorganismos extremófilos, se encuentra el grupo de las haloarchaeas, quienes soportan altas concentraciones salinas, un gran factor de estrés, debido a que la salinidad regula la biodiversidad, abundancia y funciones microbianas (Pagès et al., 2014).

Muchos microorganismos viven en agregados denominados biofilms o biopelículas, inmersos en una matriz extracelular que les provee sustento y protección. Estas biopelículas han existido desde hace más de 3500 millones de años (Rodríguez et al., 2010) y desde entonces –bajo las condiciones adecuadas– han venido acumulando sedimento o induciendo la precipitación de minerales, dando origen a grandes rocas organosedimentarias litificadas, laminadas, denominadas estromatolitos (Rodríguez et al., 2010; Jahnert & Collins, 2012).

Hoy en día, estos estromatolitos se encuentran en forma de fósiles y constituyen toda la evidencia paleontológica de la vida microbiana, sometida a las condiciones extremas de hace 3470 millones de años (Jahnert & Collins, 2012); incluso, actualmente, se encuentran estromatolitos en formación, asociados a cuerpos de agua. Aquí, se hará énfasis en un microorganismo descrito, por primera vez, en estromatolitos de Shak Bay, Australia: Halococcus hamelinensis de quien, últimamente, se han descubierto nuevos mecanismos moleculares que le permiten soportar los ambientes hipersalinos en los que prospera.

Shark Bay es una bahía ubicada en el oeste de la costa australiana, delimitada por una barrera de pequeñas colinas coralinas (Jahnert, de Paula, Collins, Strobach & Pevzner, 2012) que no permiten un amplio intercambio de agua.

Adicionalmente, presenta altas tasas de evaporación, lo cual explica la hipersalinidad de estas aguas (Burns, Goh, Allen & Neilan, 2004). Junto a las costas, hay una gran cantidad de estromatolitos que han sido formados por el depósito de conchas de moluscos, los cuales han quedado sobre las biopelículas, y por la sedimentación del sustrato marino proveniente de la costa. En estos estromatolitos, conviven varios microorganismos pertenecientes a diferentes grupos: cianobacterias, bacterias y archaeas (Burns, et al., 2004), lo cual evidencia la alta diversidad de las comunidades allí asentadas. Los microorganismos dominantes son las cianobacterias, quienes proveen sustento y adhesión a los estromatolitos y las archaeas, cuyo papel ecológico aún no ha sido muy bien explorado.

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Estrategias osmoreguladoras Las haloarchaeas son un componente muy importante en la estructura y funcionamiento de los estromatolitos australianos (Gudhka, Neilan & Burns, 2014), ya que se encuentran muy bien adaptados a ambientes hipersalinos, con todo un arsenal de proteínas halofílicas, capaces de estabilizar la célula ante las condiciones ambientales de Shark Bay. En general, las haloarchaea tienen dos estrategias para evitar la degradación y la pérdida de la función proteica: en primer lugar, la acumulación de sustancias, tales como el ácido glutámico y el ácido aspártico, sobre su superficie ayuda a que las proteínas tomen carga negativa y se conserven en una solución acuosa; en segundo lugar, la disminución de residuos hidrofóbicos que entran en contacto con el núcleo de la proteína, para ayudar a que sean más flexibles cuando las concentraciones salinas aumentan en el medio (Reed, Lewis, Trejo, Winston & Evilia, 2013).

Dentro de las haloarchaea se encuentra H. hamelinensis, quien tiene algunas estrategias de osmoregulación un poco diferentes a las de su género –otras Halococcus–; es conocida por la acumulación de glicina betaina, trehalosa, glutamato y prolina, que juegan un papel importante en la prevención de la desnaturalización proteica por calor, congelamiento y desecación. La acumulación de glicina betaina es la principal estrategia de osmoprotección en esta archaea, la cual guarda alta similitud con los transportadores de membrana de otras archaea halofīlicas, por ejemplo, Desulfomicrobium baculatum; su concentración modifica la presencia de las otras moléculas involucradas en la osmoprotección, como la trehalosa. En estudios recientes, se ha demostrado que la acumulación de glicina betaina responde directamente a la concentración de NaCl presente en el exterior; por lo tanto, es un osmolito sintetizado que puede penetrar la membrana o ser liberado al medio antes de que la pared celular haga lisis por la alta concentración salina (Goh, Jeon, Barrow, Neilan & Burns, 2011).

Otra estrategia osmoadaptativa en esta archaea consiste en mantener una concentración constante de K+ intracelular, importante para la turgencia celular y la activación de las enzimas citoplasmáticas, lo que es una respuesta fisiológica de las células contra el estrés osmótico. Al decodificar el genoma de H. hamelinensis, nose encontraron los genes responsables de la síntesis de archaeatidilgliercolmetil fosfato, un muy importante lípido que contribuye a la osmotolerancia en otras archaeas (Gudhka, Neilan & Burns, 2015); esto es bastante inusual, ya que, previamente, se había encontrado que esta archaea producía el lípido; así que una tercera estrategia de osmoregulación para ella, aún está en estudio.

Otras funciones moleculares de la osmoregulación Es importante destacar que, aunque los compuestos anteriormente mencionados participan en la osmoregulación y protegen a las células contra la deshidratación, no es la única función que cumplen, ya que también son sustancias que ayudan a proteger al microorganismo contra la radiación iónica, diferentes niveles de radiación UV, exposición a microgravedad simulada y

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resistencia a la deshidratación prolongada (Leuko, Domingos, Parpart, Reitz & Rettberg, 2015). Por estas cualidades adaptativas, no solo H. hamelinensis, sino toda la familia de las haloarcheas ha sido postulada para estudios astrobiológicos, puesto que las principales características de los astros conocidos son su alta radiación solar y poca disponibilidad –y en muchos casos ausencia– de agua, condiciones similares a las que se encuentran sometidas en los estromatolitos de Australia.

Importancia en la astrobiología El estudio de H. hamelinensises muy importante, no solo para conocer su papel en la ecología microbiana de los estromatolitos, sino para simular su resistencia a un sin número de condiciones extremas las cuales, se presume, pueden primar en otros planetas. Esta archaea puede brindarnos mucha información sobre la posibilidad de vida microbiana extraterrestre, pues ha resistido ensayos de desecación y oligotrofia prolongadas; son halófilas y algunas especies del género Halococcus son también termófilas. Es probable que, en caso de existir, organismos similares a H. hamelinensis sean colonizadores del subsuelo marciano en formaciones salinas, evitando la alta radiación o de una luna de Saturno; Encélado, la cual contiene un 1.5% de sales –cloruro de sodio, carbonato de sodio y bicarbonato de sodio–, e incluso de la renombrada luna de Júpiter, Europa, de la cual se presume podría albergar vida en su superficie que está compuesta principalmente de agua y sales (Stan-Lotter & Fendrihan, 2015).

Conclusiones El estudio molecular de la osmoregulación en H. hamelinensis nos permite comprender claramente este proceso, además de relacionar estas moléculas con otras, cuya interacción le permite al individuo desarrollar diferentes estrategias de protección ante estímulos medioambientales estresantes.

Al comprender cómo las moléculas con las cuales está equipado este microorganismo interactúan y son capaces de desencadenar varios procesos fisiológicos, es posible imaginar una gran variedad de factores estresantes, ante los cuales, el microorganismo es capaz de sobrevivir. De esta manera, H. hamelinensis, al ser sometido a diferentes pruebas, en donde superó gran parte de las condiciones ante las cuales fue sometido, permite especular sobre las características de los posibles microorganismos a encontrar en ambientes extraerrestres.

Son organismos como esta haloarchaea, los que nos permiten soñar con encontrar otro astro capaz de contener vida como la conocemos aquí en la Tierra. Por ahora solo nos queda suponer que es suficiente con que otro planeta brinde un ambiente similar al Terrestre –por más extremo que sea–, para tener una posibilidad de hallar el milagro de la vida.

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Bibliografía Burns, B. P.; Goh, F.; Allen, M. & Neilan, B. A. (2004).Microbial diversity of extant stromatolites in the hypersaline marine environment of Shark Bay, Australia. Environmental Microbiology, 6(10), pp. 1096-1101.

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INTRODUCCIÓN A LA PARADOJA DE FERMI ¿DÓNDE ESTÁN TODOS? An introduction to Fermi’s Paradox, where is everybody?

Yael Natalia Méndez Chaparro Microbióloga, Universidad de los Andes Co-coordinadora Línea de Investigación en Ambientes Extremos ECOMIC Departamento de Geología, Oscar Iván Ojeda Ramírez Universidad Nacional de Colombia Coordinador Grupo de Investigación y Desarrollo Aeroespacial, ynmendezc@unal.edu.co Universidad Nacional (GIDA) Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Colombia oiojedar@unal.edu.co Resumen En el presente documento, se hace una introducción a la Paradoja de Fermi, con respecto a la posibilidad de existencia de vida extraterrestre inteligente y se discuten algunas posibles soluciones a la misma. Para ello, se plantea una revisión de las aproximaciones científicas a la búsqueda de vida extraterrestre y una breve revisión del contexto del problema, en términos del entorno en el que se desarrolla, así como las dificultades que presenta su resolución. Se presentan, finalmente, algunas de las soluciones que han sido planteadas, y se concluye que es un campo con muchas oportunidades de investigación y de planteamiento de respuestas a diversos problemas, debido a que muchas de estas no han sido exploradas desde un punto de vista científico.

Palabras clave: Paradoja de Fermi, viaje interestelar, vida extraterrestre.

Abstract In this document, an introduction to Fermi´s Paradox, about the possibility of intelligent extraterrestrial life, is presented, as well as some possible solutions to it. A revision to the scientific approximations for the search for extraterrestrial intelligence and a brief revision to the context of the problem are discussed, as well as some problems that arise to its resolution.

Some of the solutions that have been suggested are presented and it is concluded that it is a field with many research opportunities, and that promotes diverse approaches for problem solving, due to the fact that many of them have not been explored from a scientific point of view.

Keywords: Fermi’s Paradox, interstellar travel, extraterrestrial life.

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Introducción Desde que los seres humanos comenzaron a identificar su lugar en el universo, a partir de las diferentes visiones del mismo y de las diferentes explicaciones cosmológicas de su origen, incluyendo las explicaciones de tipo religioso, la pregunta de si la humanidad está sola en el Universo ha persistido. Sin embargo, la visión antropocéntrica prevalente ha relegado continuamente la búsqueda de vida extraterrestre inteligente a la pseudo-ciencia y a las, así llamadas, teorías de conspiración, asociando esta pregunta a experiencias con OVNIS y temáticas de ciencia ficción. Solo, recientemente, esta pregunta se ha tomado con rigor científico, a la luz de nuevos descubrimientos como los exoplanetas y a la aparición de campos como la astrobiología, los cuales revalidan la pregunta de otras posibles civilizaciones en el Universo y la ponen en un contexto en el que es posible estudiarla de una manera científica, con el fin de obtener conclusiones que, así no resulten en un próximo contacto con estos hipotéticos seres, permiten entender mejor el contexto, el lugar en el universo y el futuro como civilización tecnológica de los seres humanos.

A partir de varias observaciones, la astronomía muestra que existen entre 200 y 400 mil millones de estrellas en nuestra galaxia y, con las observaciones del telescopio espacial Kepler, se concluye que la gran mayoría de estrellas similares al Sol, e incluso de otros tipos, tienen planetas; poniendo, de esta forma, la configuración del Sistema Solar en una condición promedio donde, sabemos, hay vida inteligente. Así, la situación que se plantea se denomina la paradoja de Fermi, por su autor inicial, Enrico Fermi, y corresponde a la discrepancia entre la fuerte probabilidad de vida inteligente extraterrestre y la ausencia de cualquier evidencia visible de esta (Armstrong & Sandberg, 2013).

Esta paradoja ha sido criticada e, incluso, se ha considerado absurda, debido a que no se han encontrado evidencias o manifestaciones físicas de civilizaciones extraterrestres inteligentes (Griffith et al., 2015).

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Aproximaciones científicas a la paradoja de Fermi La búsqueda de vida extraterrestre inteligente ha sido considerada como pseudo-ciencia o falsa ciencia, al ser confundida con la ufología; ya que, según la opinión de muchos, no tiene objeto científico, no puede ser validada por el método científico, ni ha aportado al conocimiento en aeronáutica, astronomía, detección de señales de vida inteligente, etc. (Sagan, 1997).

La falta de interés por la ciencia de la sociedad ha llevado a que se den este tipo de confusiones acerca de lo que significa realmente estudiar este campo (Shostak, 2012). No obstante, en el pasado, temas que ahora se pueden considerar ciencia experimental solo podían ser estudiados de manera teórica, sin restarles mérito y obteniendo resultados beneficiosos; tal es el caso de la física de partículas y es, en la actualidad, de la astrobiología. Basándose en hechos conocidos y de la suposición de que las leyes científicas son válidas en todo el universo, salvo excepciones puntuales –como los agujeros negros–, es posible realizar análisis teóricos con conclusiones relevantes (Hawking, 1988).

INTRODUCCIÓN A LA PARADOJA DE FERMI ¿DÓNDE ESTÁN TODOS?

Como se mencionó, ante la posibilidad de la existencia de estas civilizaciones, se plantearon iniciativas científicas orientadas a encontrarlas. Es de esta forma que el instituto SETI ha intentado responder a la paradoja de Fermi a través de sus investigaciones en radioastronomía y astrobiología.

El primer intento de la humanidad, para detectar señales de vida inteligente, se llevó a cabo en 1960 por el radioastrónomo Frank D. Drake, quien trabajaba en el Observatorio Nacional de Radioastronomía en West Virginia. A su cargo, estaba el Proyecto Ozma; este consistió en elegir dos estrellas: Tau Ceti, en la constelación de Cetus y Epsilon Eridani, en la constelación de Eridanus. De esta investigación, los astrónomos recibieron señales de pulsos que emitían una serie de números primos y no hubo evidencia de sonidos significativos. A raíz de este primer intento de comunicación, la búsqueda de manifestaciones tecnológicas en planetas de otros sistemas solares se convirtió en un objetivo para el instituto SETI (Pierson, 2010).

En 1974, se envió, desde la Tierra, el primer mensaje a través del radiotelescopio de Arecibo. Esta transmisión consistió en 1679 bits, dispuestos en 73 líneas de 23 caracteres cada una; además de un mensaje gráfico que contenía el telescopio Arecibo, nuestro sistema solar, una figura humana, el ADN y algunas moléculas bioquímicas precursoras de la vida en la Tierra. Este proyecto se enfrentó a la complejidad de la comunicación, con posibles civilizaciones inteligentes en el Universo; empero, estableció un reto para continuar la búsqueda (SETI Institute, s.f.a). Otro proyecto fue el Phoenix; este puso todos sus esfuerzos para detectar civilizaciones de inteligencia extraterrestre de forma completa y sensible, a través de señales percibidas por radiotelescopio Parkes. El proyecto Phoenix centró su búsqueda en encontrar las estrellas con mayor probabilidad de albergar planetas de larga vida y con condiciones de habitabilidad (SETI Institute, s.f.b).En la actualidad, se han construido radiotelescopios que permiten optimizar el sistema de recepción de datos y manejar varios proyectos a la vez; es así, como el Allen Telescope Array realiza observaciones astronómicas y la búsqueda de vida extraterrestre de forma simultánea (Tarter, s.f.). La ciencia moderna también ha permitido la búsqueda de vida extraterrestre a través de la astrobiología, desarrollando investigaciones en diferentes centros especializados en esta área; uno de los más importantes es el centro Carl Sagan del instituto SETI. Los objetivos de estas investigaciones se centran en la observación y búsqueda de modelos de los precursores de la vida y de la habitabilidad en la Tierra, los cuales permitan entender el comportamiento de esta en las profundidades del espacio (SETI Institute, s.f.c).

Contexto del entorno espacial Con el fin de estudiar adecuadamente la Paradoja de Fermi, es importante, en primer lugar, tener un contexto del entorno en el cual se desarrolla, el Universo, o, en pequeña escala, la galaxia. Si bien cada uno de los temas planteados constituye en sí mismo un espacio para discusiones, en este caso solo se hará una reseña breve.

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En primer lugar, se debe entender que las magnitudes de espacio y de tiempo, con las cuales se mide el Universo y sus diferentes eventos, escapan completamente a la cotidianidad de los seres humanos. En términos de distancia, la estrella más próxima se encuentra a 4,2 años luz, aproximadamente 300,000 veces más que la distancia entre la Tierra y el Sol. El vehículo más veloz de manufactura humana, la sonda New Horizons (58,536km/h), tardaría cerca de 78,000 años en llegar allí.

En términos de escalas temporales, la aparición de los seres humanos se dio hace aproximadamente 200.000 años, la historia escrita hace 3.500 años y la tecnología de comunicación radial, capaz de ser transmitida hacia el espacio, a principios del siglo XX. Si se tiene en cuenta que el planeta existe hace 4.500 millones de años, la fracción de tiempo a la que esto corresponde es muy pequeña. De esta forma, hace muy poco tiempo se están transmitiendo y recibiendo señales.

Igualmente, se debe analizar el proceso por el cual una especie llega a ser considerada inteligente, o de manera más genérica, tecnológicamente avanzada.

De acuerdo con lo anterior, surge una clasificación del nivel de avance tecnológico basado en los requerimientos o consumos energéticos de dicha civilización; esta clasificación es conocida como la escala Kardashev y plantea tres tipos de civilización: la Tipo I, con capacidad de manejar y consumir los recursos energéticos de la magnitud de los disponibles en un planeta (10^16 W); la Tipo II, capaz de manejar y consumir la energía disponible en un sistema planetario completo (10^26 W) y, por último, las civilizaciones Tipo III, capaces de manejar y consumir los recursos de una galaxia (10^36 W).

En comparación, el consumo actual energético de la humanidad la posiciona entre un 0,7 y 0,8 en la escala de Kardashev, vale la pena resaltar que, en este caso, esta escala es logarítmica. Por lo que se ha propuesto que este tipo de consumos requerirían de la construcción de estructuras en torno a la estrella y, por tanto, una metodología para detectar civilizaciones Tipo II, en adelante, consistiría en buscar puntos en los cuales la emisión infrarroja sea superior a la esperada en comparación con la luz visible (Kardashev, 1964). Sin embargo, esfuerzos orientados a este tipo de detección han resultado infructuosos (Garrett, 2015).

Se han planteado escenarios hipotéticos, donde una civilización Tipo III, incluso sin lograr viajes cercanos a la velocidad de la luz, es capaz de colonizar una galaxia en un periodo de tiempo de entre 10^5 años y 10^6 años. Si bien para una generación humana estos tiempos son extremadamente largos, para el desarrollo estelar, geológico y biológico de un sistema como la Tierra, estas magnitudes son cortas, más aún si tenemos como referencia que los órdenes de magnitud mencionados son iguales al desarrollo de los humanos modernos (Jones, 1976).

Debido a que el único caso exitoso de aparición de una especie tecnológicamente avanzada que conocemos corresponde a la Tierra, no es posible determinar con exactitud qué eventos o filtros se requieren para que esto ocurra o qué condiciones conducen a que la civilización fracase; en términos de características del medio estelar –tipo de estrella, número de planetas en el sistema, ubica-

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INTRODUCCIÓN A LA PARADOJA DE FERMI ¿DÓNDE ESTÁN TODOS?

ción del planeta–, características del planeta –tamaño, tipo de atmósfera, disponibilidad de recursos, presencia de lunas–, características de la vida en el planeta –bioquímica de la vida, presencia de depredadores, líneas evolutivas exitosas–, de eventos aleatorios que alteren las condiciones del sistema –impactos de cometas, llamaradas solares, explosiones de rayos gamma–, o de eventos intrínsecos de la sociedad de dicha civilización –guerras, revoluciones, genocidios–.

Posibles soluciones a la Paradoja de Fermi Una vez considerados estos puntos es importante tener en cuenta lo que esto representa en términos de la dificultad de establecer un contacto y de sostener una comunicación con estas civilizaciones. Por una parte, debido a las limitaciones físicas del medio interestelar, es muy probable que el medio de comunicación consista en alguna forma de ondas electromagnéticas, que no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío, generando, de esta forma, lapsos de tiempo o “retrasos” en la comunicación de, mínimo, la distancia en años luz a un determinado cuerpo, es decir, si un hipotético cuerpo se encontrará a un año luz, las comunicaciones en un sentido, tardarían un año y, de manera adicional, estas están sujetas a perder energía a medida que se propagan, dependiendo de factores como el medio interestelar y de cómo fueron originadas en principio.

Por otra parte, el propio desplazamiento físico de naves tripuladas resulta en un problema aún más complejo, el cual requeriría, para ser viable, naves de gran tamaño con capacidad de sostener una colonia de individuos de la respectiva civilización y capaz de alcanzar velocidades cercanas a la luz o incluso, según teorías recientes, superiores a la misma (White, 2011). Vale la pena aclarar que esto se plantea teniendo en cuenta las tecnologías que están disponibles en la actualidad y en perspectivas de su evolución, sin considerar la posibilidad de que una civilización mucho más avanzada tecnológicamente pueda tener conocimientos de técnicas de desplazamiento o comunicación que sean ajenas a nuestro entendimiento actual.

El siguiente punto a considerar es que aún si se logra captar una señal proveniente de una civilización tecnológicamente avanzada, existe la posibilidad de que la misma sea imposible de interpretar o que, inclusive, se deseche como una señal de fuentes naturales. Ante la imposibilidad de estar en contacto con un miembro de la especie que originó el mensaje, se requeriría del uso de una “Piedra Rosetta” o de técnicas de criptografía que permitieran interpretar la naturaleza del mensaje y su contenido. Si el mismo es intencional y busca mostrar a la civilización, es probable que contenga la clave para ser descifrado, como es el caso del mensaje de Arecibo y de los discos de oro de las sondas Voyager (Vakoch, 2005; Nasa, 2016). No obstante, si el mensaje es accidental, como lo sería una transmisión de radio o de televisión humana, descifrar el contenido puede resultar una tarea de alta complejidad (Phillips, 2011; Vakoch, 2005; Nasa, 2016).

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De esta forma, es posible establecer soluciones para esta paradoja. Basados en el contexto planteado previamente, estas soluciones se pueden agrupar en dos clases, una en la que las hipotéticas civilizaciones extraterrestres existen y otra en la que no. Es importante tener cuidado al analizar las diferentes hipótesis, pues es fácil caer en los extremos de dar explicaciones basadas en puntos de vista pseudo-científicos o de tomar posiciones “dogmáticas” y descartar por completo la opción, perdiendo la perspectiva científica del tema. A continuación se presenta un listado de dichas soluciones con una breve descripción de cada una: Soluciones a la paradoja que apoya las hipotéticas civilizaciones extraterrestres: (López, 2008) • Están visitando la Tierra o la han visitado en el pasado. Sin duda, la teoría que más se presta para hipótesis pseudocientíficas. La comprobación de esta hipótesis requeriría la obtención de evidencia actual o pasada de estas visitas, como señales de comunicación, evidencia de abducciones o contacto físico con seres extraterrestres, o evidencia histórica de estos eventos.

• La Tierra se ubica en un área apartada (“rural”) de la galaxia. Como es el caso de algunos lugares en el planeta Tierra, como los océanos y los desiertos, existen lugares que no cuentan con presencia humana permanente debido a que se encuentran alejados o carecen de recursos o condiciones aptas para la colonización. De manera análoga, es posible que, por diferentes condiciones, la Tierra se encuentre en un lugar alejado o remoto de la galaxia.

• El concepto de colonizar no es llamativo para especies avanzadas. Se plantea que las civilizaciones avanzadas haya desarrollado técnicas de adquisición energética, protección planetaria y de supervivencia que no requieran una colonización galáctica a gran escala.

• Existen civilizaciones agresivas o predadoras. Como ocurrió históricamente en el encuentro de civilizaciones, la que está en una situación más avanzada tiende a dominar a la inferior. Así mismo, es posible que existan recursos escasos a nivel galáctico, que sean requeridos por estas civilizaciones predadoras; lo que lleva a que las otras potenciales civilizaciones permanezcan en silencio.

• Existe actividad y señales, pero nuestra tecnología es muy primitiva para detectarla, o somos muy primitivos para entenderla. Se plantea la posibilidad de que las civilizaciones más avanzadas utilicen metodologías de comunicación que no sean perceptibles, por sus características, para la tecnología humana actual.

• Estamos siendo observados y protegidos (la hipótesis del zoológico). Esta hipótesis plantea que ya estamos siendo observados por civilizaciones avanzadas; mas, estas están esperando a que la especie humana supere ciertas barreras tecnológicas para establecer contacto. Un paso más allá establece la posibilidad de que la especie humana sea un experimento de estas civilizaciones.

• El viaje interestelar es técnicamente imposible. Un factor que se considera importante en las teorías de avance tecnológico para las civilizaciones es

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el eventual desarrollo del viaje interestelar para garantizar su supervivencia y obtención de recursos energéticos. En el caso de que este resulte imposible, las civilizaciones que surjan estarán ligadas a la evolución de su estrella local y sujetos a eventos de destrucción masiva.

Soluciones a la paradoja que no apoyan las hipotéticas civilizaciones extraterrestres: (López, 2008) • Somos la única especie inteligente de nuestra galaxia, o al menos la más avanzada. Se plantea la posibilidad de que la serie particular de eventos requerida para que una civilización adquiera un estado tecnológico avanzado es tan poco probable, que en realidad somos la civilización más avanzada de nuestra galaxia.

• No es factible superar la madurez tecnológica, las especies inteligentes no son longevas. Teniendo de nuevo como referencia a la especie humana, la aparición de armas de destrucción masiva, guerras, polución y diferentes problemáticas sociales puede poner en riesgo la existencia de la especie y de la vida en el planeta. De esta forma, es probable que las diferentes civilizaciones que han surgido se auto-aniquilen debido a los procesos tecnológicos.

• Nuestras hipótesis sobre el comportamiento del universo están erradas.

Esta solución plantea que no encontramos otras civilizaciones pues nuestra percepción de la realidad y los conceptos de cómo funciona el universo están errados. Una de estas plantea que en realidad el universo es una simulación (Brostom, 2003).

Conclusiones Esta revisión permitió exponer la paradoja de Fermi y sus posibles soluciones, contextualizando a la humanidad con la posibilidad de enfrentarse a una hipotética civilización avanzada, así como entender su papel en el Universo. De igual forma, se concluye que este campo tiene muchas oportunidades de exploración y potencial de investigación, las cuales permitirán entender la dinámica de las civilizaciones tecnológicamente avanzadas, su entorno y su contexto.

El estudio de esta temática, de igual forma, permite obtener resultados en campos como la astronomía, planteando posibles lugares para el desarrollo de civilizaciones y del entorno galáctico, llevando a un entendimiento del lugar de la Tierra en esa dinámica. Estudios de la civilización humana funcionan como punto de referencia, planteando situaciones comparativas del futuro como civilización, en cuanto a dinámicas sociales, de exploración y de expansión; de uso de energía y recursos, y de la interacción con otras especies.

Así mismo, este estudio plantea la necesidad de ser conscientes del lugar que ocupa la especie humana y del estado de desarrollo que se tiene, con miras a plantear los objetivos de desarrollo requerido para convertirse en una especie capaz de realizar viajes interestelares y, sus aproximaciones, pueden dar grandes aportes a la ciencia en campos como la astronomía, la astrobiología, la ciencia y la tecnología aeroespacial, o los mismos campos de estudio del ser humano como la biología, la antropología y la historia.

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BACTERIAS MAGNETOTÁCTICAS: APLICACIONES Y SUS POSIBLES IMPLICACIONES EN LA ASTROBIOLOGÍA

Magnetotactic bacteria: applications and possible implications in astrobiology

Oscar Fernando Barriga Romero Biólogo, Universidad Nacional de Colombia.

Grupo de Astrobiología, Universidad Nacional de Colombia UNASB. Grupo de Ecología Microbiana “ECOMIC”, Universidad Nacional de Colombia. ofbarrigar@unal.edu.co

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Resumen Las bacterias magnetotácticas –BM– constituyen una gran variedad de microorganismos adaptados a ambientes costeros, oceánicos profundos y dulceacuícolas, cuya principal característica es tener un metabolismo basado en el hierro, adaptando un organelo denominado magnetosoma. Estas características les permiten, a estos organismos, moverse a lo largo de un gradiente magnético y ubicarse de acuerdo con los polos magnéticos terrestres.

Su hábitat, composición y características únicas han hecho de las BM microorganismos de gran interés a nivel biotecnológico, paleontológico y geológico.

Además, las BM nos pueden dar pistas acerca de la composición química de otros planetas, en especial, los que poseen superficies basadas en hierro y son claves para procesos de habitabilidad, como la panspermia y la composición biológica de otros mundos, al ser en su mayoría extremófilos.

Palabras clave: Magnetotaxis, extremófilo, geología.

Abstract Magnetotactic bacteria –BM– constitutes a large variety of microorganisms adapted to coastal, deep oceanic and freshwater environments, whose main characteristic is to have a system based on iron metabolism, adapting an organelle called magnetosome. These features make these organisms capable of moving along a magnetic gradient and place themselves according to the earth’s magnetic poles. Their habitat, composition and unique characteristics have made the BM microorganisms of great interest to biotechnology, paleontology and geology. In addition, being mostly extremophiles, the BM may give us clues about the chemical composition of other planets, especially those with iron-based surfaces, and be vital in processes of habitability such as panspermia and biological composition of other worlds.

Key words: Magnetaxis, extremophile, geology.

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Introducción Las fronteras de la vida en nuestro planeta son aún inciertas. Cada vez, la ciencia ha avanzado en la búsqueda de formas y organismos adaptados a ambientes que, muchas veces, no se concebían antes o que presentan peculiaridades en su adaptación biológica, las cuales, tal vez, desafían los conceptos de vida que poseemos. Es por ello que, gracias al advenimiento de la biología molecular, las mejorías en la exploración terrestre y marina, y otros adelantos científicos, podemos descubrir “nuevos mundos” dentro de nuestro mundo y, con ello, organismos peculiares en estos.

Muchas de las bacterias que se conocen como extremofilos y que están presentes tanto en biomas terrestres como marinos poseen este tipo de peculiaridades; dentro de las cuales se puede recalcar: extremo enzimas que permiten adaptar los sistemas metabólicos y biológicos a temperaturas extremas, pH extremos, ambientes de gran presión, concentración de sales; biomoleculas adaptadas a entornos difíciles; mecanismos de regulación únicos para lograr una homeostasis aceptable, y adaptaciones que permiten aislar y perdurar la vida ante la hostilidad del planeta Tierra. Sin embargo, dentro de estas peculiaridades, se puede recalcar el hecho de que las bacterias “siguen” un gradiente magnético; así, se habla de las denominadas bacterias magnetotácticas –BM–.

Las bacterias magnetotacticas están compuestas por un grupo de procariotas, principalmente de tipo gram negativos, cuya característica principal es el alinearse pasivamente a lo largo de un campo geomagnético; además de poseer la habilidad de biomineralizar y expresar una magnetotaxis (Yan et al., 2012; Bazylinski & Schübbe, 2007). Dicha alineación es posible mediante estructuras intracelulares específicas, denominadas magnetosomas, las cuales son estructuras de membranas que alojan cristales de minerales de hierro como la Magnetita (Fe3O4) o la Greigita (Fe3S4). (Yan et al., 2012).

Los magnetosomas consisten en dos partes principales: una bicapa lipídica, similar a la presente en las membranas biológicas, y la parte inorgánica, consistente en un mineral del óxido de hierro o sulfato; los cristales presentes en los magnetosomas varían de 35 a 120 nm. No obstante, el tamaño, la composición y la morfología son determinados, en parte, genéticamente y poseen un estricto control por parte de la bacteria; razón por la cual el rearreglamiento dentro de esta no está marcado por procesos geológicos aleatorios, sino, en cambio, por procesos de rearreglamiento biológico, siendo este el primer ejemplo de mineralización controlada a nivel biológico; y siendo las BM remanentes magnetofósiles de organismos magnéticos encontrados en ambientes primitivos. (Prozorov, Bazylinski, Mallapragada & Prozorov, 2013).

Documentadas por primera vez por Bellini en 1963, cuando observó que ciertos grupos bacterianos se alineaban a través del polo magnético terrestre, a lo que denominó como “bacterias magnetosensitivas”. Años más tarde, estudios como el de Blakemore, en la década del 70, describirían mucho mejor los mecanismos de magnetotaxis que poseen estas bacterias; de ahí en

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BACTERIAS MAGNETOTÁCTICAS: APLICACIONES Y SUS POSIBLES IMPLICACIONES...

adelante, el estudio de estos microorganismos ha sido importante en varias ramas de la ciencia (Yan et al., 2012).

A nivel ecológico, las BM se encuentran, principalmente, en ambientes dulceacuícolas, como agentes oxidantes y productores de óxidos de hierro, pero también hacen parte de ambientes extremos como el lago alcalino salino de Mono Lake –California–, cuyo pH es cercano a 9.0, donde varios cocos magnéticos fueron encontrados. Adicionalmente, un grupo de bacterias magnetotácticas de tipo termófilas han sido descritas en puntos calientes, ubicados en regiones del Norte de Nevada –EEUU–, con temperaturas medias de 63°C, e, incluso, se han encontrado en ambientes de tipo acido (Prozorov et al., 2013). A su vez, la presencia de estas BM es importante en ambientes oceánicos, principalmente, en hábitats costeros no intervenidos, marismas, entre otros (Yan et al., 2012).

Las BM están presentes en un gran número de ambientes anaerobios; por tanto, son un agente importante, a nivel ecológico, en procesos de flujo químico, energético y de microhabitats, dependiendo del ambiente en donde se encuentren (Yan et al., 2012).

Por una parte, las bacterias magnetotácticas son, en su mayoría, organismos microaerófilos o anaerobios, ya sean obligados o facultativos; por ello, se encuentran, en gran número, en zonas de interfase aerobias-anaerobias (Yan et al., 2012). Por otra parte, estos microorganismos están distribuidos en columnas de agua o sedimentos con estratificación vertical de tipo químico. Su diversidad morfológica, su capacidad para movilizarse debido a estructuras flagelares y sus tamaños, en muchos casos, están determinados por las formas en las cuales está distribuido el magnetosoma en su interior (Yan et al., 2012).

A nivel filogenético, las BM presentan notables características y variadas formas de clasificación a lo largo de los años de estudio de estas. Las formas cultivables de BM están relacionadas con el dominio Bacteria, característica que también comparten muchos especímenes no cultivables, tomados de distintos ambientes (Prozorov et al., 2013). Aunque esto es visible en la mayoría, se considera también que varios géneros del dominio Archaea pueden tener la capacidad de ser magnetotácticas, debido a la evidencia de que el complejo multigénico encargado de la formación del magnetosoma está distribuido en varios tipos bacterianos, pudiéndose trasladar a través de transferencia lateral de genes. (Bazylinski & Schübbe, 2007; Prozorov et al., 2013). Pese a ello, no se han registrado ampliamente, tipos de Archaea magnetotacticas, debido a la poca información acerca de ambientes extremos en donde la Archaea puede crecer normalmente.

Las BM están asociadas, mediante estudios de 16S rRNA, al grupo de bacterias gram negativas de Proteobacterias α y δ. Dentro de las clasificadas como α, están BM dulceacuícolas, como el género Magnetospirillum, además de cocos dulceacuícolas y marinos, y espirilos conocidos como cepas MMS-1 (Bazylinski & Schübbe, 2007) y vibrios marinos (MV_1) y BM no cultivables colectadas en varios ambientes acuáticos. Algunas como Desulfavibrio magneticus cepa RS-1, está asociada al grupo δ- Proteobacter (Ver figura 6.1).

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Una de las ventajas que presenta el magnetosoma en las BM es la presencia de un motor de campo magnético, el cual genera la presencia de los óxidos de hierro en su interior, con el campo magnético terrestre, causando que las células se muevan a lo largo del campo magnético y que puedan nadar gracias a la acción de sus flagelos; siendo las células no viables, incapaces de nadar.

Se hipotetiza que la magnetotaxis ayuda a las células a ser mucho más eficientes en procesos como la quimiotaxis, puesto que ellas se distribuyen a lo largo de un gradiente vertical, el cual obedece a un gradiente redox; sin embargo, no existe una teoría que permita dilucidar por qué estas bacterias forman un magnetosoma. Quizá, a nivel fisiológico, como forma de tratar con compuestos de tipo toxico, como radicales libres, empero aún no hay evidencia que soporte dicho argumento (Prorozov et al., 2013).

Aplicaciones de las BM Son varios los elementos y aplicaciones que las BM y su habilidad de biomineralización poseen, haciendo muy prometedores los campos de estudios emergentes, aunque con muchos vacíos. Prorozov y colaboradores (2013) han venido trabajando con este tipo de BM, con el fin de aprovechar estas en la construcción y diseño de nanomateriales basados en los rearreglamientos que las BM poseen, en disposición con sus magnetosomas y las formas en las que se sintetizan, pues existen diferentes arreglos geométricos, los cuales permiten una disposición particular de células, factor que es importante, sobre todo, en procesos de fabricación de cristales –nucleosintesis–, la fabricación de complejos que pueden tener disposiciones robustas o, simplemente, aprovechar la capacidad de fabricación de los mismos magnetosomas a nivel biomédico, como el encapsulamiento de anticuerpos, drogas, compuestos activos o para estudios de seguimiento, como genes reporteros, los cuales son importantes para identificar complejos proteicos; así como para tratar y colocar ácidos nucleicos, e inmovilizar de proteínas y otras biomoléculas con fines terapéuticos y de biología molecular (Bazylinski & Schübbe, 2007) (Ver figura 6.2 y 6.3).

Otro campo interesante y ampliamente estudiado, gracias a las BM, es el de la paleontología y el registró fósil. Como se mencionaba anteriormente, estas bacterias obedecen a un gradiente magnético terrestre y se alojan en la zona de transición oxica-anoxica –en inglés OATZ–. La producción de estos metales –magnetita y greigita–, depositados en ciertos estratos geológicos, ha sido una valiosa herramienta para identificar sucesos asociados a cambios geológicos, o perturbaciones del campo magnético terrestre, convirtiéndose en lo que se denominan magnetofósiles. Estos registros fósiles magnéticos están ubicados, principalmente, en el periodo cretácico y, con menos intensidad, en el periodo Archaeano. Estos cambios proveen pistas de paleoambientes y cambios importantes; por ejemplo, la relación de los magnetofósiles con ciclos glaciares y cantidades relativas de oxígeno en los océanos y la atmosfera (Kopp & Kirschvink, 2008).

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Figura 6.1. Ubicación filogenética de varios géneros de tipo magnetotáctico, en negrilla están los géneros encontrados de BM. Fuente: Bazylinski y Schübbe, 2007, p. 25.

Adicionalmente, estas bacterias se han usado en la determinación de cuerpos extraterrestres, como meteoritos y rocas espaciales, los cuales contienen cierto grado de minerales de tipo magnético. Otro campo importante es el naciente desarrollo de materiales ligeros, resistentes y con propiedades únicas, como el magnetismo y la superconductividad. Los mecanismos de invaginación y generación del magnetosoma, también, están destinados al campo biomédico, como procesos inmunes de fagocitosis y colocación de componentes en células determinadas. (Bazylinski & Schübbe, 2007; Prorozov et al., 2013).

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La biorremediacion está siendo probada como alternativa para las BM, en virtud a que existe la opción de usar este tipo de organismos para el reemplazo de metales pesados, radio nucleótidos y otros que puedan afectar la calidad de agua, además de participar de modelos de restauración de niveles de oxígeno y óxidos presentes en los suelos (Qu et al., 2014).

Por último, nuestro interés particular en las BM está en la astrobiología. Si bien, no se ha dado una iniciativa o estudio serio, ensayos como los realizados por Urban en 2000, demuestran que la micro gravedad se puede afectar con los viajes espaciales. Lo que se pudo observar es que los magnetosomas, que poseen las BM son importantes, en su integridad celular, en procesos donde la gravedad está presente, al tiempo que son los causantes del proceso de magnetotaxis, importante en este tipo de bacterias, y desaparecen cuando pierden gravedad, lo que afecta su integridad celular.

A nivel astrobiológico, se puede decir que las BM han sido encontradas en sedimentos antiguos y recientes, como se mencionó anteriormente. La posible presencia de magnetofosiles e, incluso, hipotéticas bacterias de este tipo en el meteorito marciano AHL84001, han sido cuestión de polémica y debate, debido a la posible presencia de estos microorganismos en la superficie marciana antigua (Bazylinski & Schübbe, 2007).

Figura 6.2. Aplicaciones futuras de las BM a nivel comercial, científico, biomédico y biotecnológico.

Fuente: Bazylinski y Schübbe, 2007, p. 50.

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Figura 6.1. Avances en la investigación de BM en la medicina.

Fuente: Prozorov, Bazylinski, Mallapragada y Prozorov (2013, p. 30).

Conclusiones Las recientes investigaciones sobre extremófilos han podido avanzar a pasos grandes. Tal complejidad de sistemas vivientes, aparentemente primitivos, nos confina a una serie de debates e interrogantes, pues la forma tan precisa en la que estas BM desarrollan este tipo de taxias, a través de procesos catabólicos muy elaborados y redes génicas que no se consideran en organismos evolutivamente sencillos, nos detienen a pensar sobre la complejidad de los sistemas vivientes, sobre todo los bacterianos.

Las consideraciones ecológicas y el impacto de este tipo de microorganismos en la vida de nuestro planeta ha sido, sin duda alguna, importante; no solo porque estas BM han registrado y son testigos vivientes de procesos de deriva

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continental y eventos geológicos vividos hace millones de años, sino porque han permitido iniciar el eslabón fundamental en las dinámicas ecológicas, al ser fijadores de minerales, muchas veces no asequibles de manera sencilla, ya sea en los sistemas dulceacuícolas y oceánicos; adicionalmente, está la facilidad de fijación de nitrógeno. Estos procesos, sin duda alguna, remarcan, también, la forma en la cual las bacterias han sido los agentes de cambio y desarrollo de los biomas, desde su desarrollo hace millones de años, volviendo la página atrás, alrededor de su posible origen y su contribución a la vida terrestre.

Por otra parte, las múltiples aplicaciones futuras, que se pueden considerar para las BM, no son exclusivas al campo paleontológico; también, según los estudios recientes, sus características únicas se convierten en herramientas en otros cientos de campos de las ciencias –la biología, la química, la física, entre otros–.

Hay que resaltar, por ejemplo, en el caso de la astrobiología, el papel de estas BM en la posibilidad de colonización biológica bacteriana en otros mundos, debido a su capacidad de manejar metales pesados y su integración a un metabolismo inorgánico, siendo perfectos hospederos de mundos con ambientes extremos y con químicas diferentes a nuestro planeta. Además, el aprovechamiento de estas BM, como elemento importante de biorremediación e indicadores fósiles en estos nuevos planetas, nos permita dilucidar vestigios de vida orgánica pasada o presente en estos nuevos ambientes; inclusive, vestigios de vida compuestos por elementos químicos ajenos al carbono; lo que se puede estudiar dentro de los viajes espaciales que el hombre pueda realizar, en el futuro próximo; sobre todo, a misiones hacia planetas con altos índices de habitabilidad.

De la mano de estos estudios de ambientes tripulados, las BM poseen una gran prospección, como se mostró a lo largo de este escrito, a posibles aplicaciones médicas, las cuales se pueden adaptar de estos microorganismos al desarrollo logístico y biológico de la exploración espacial, puesto que el estudio de las características únicas de las BM nos abre muchas puertas y posibilidades al mejoramiento de los viajes tripulados, y mejorar los sistemas biológicos que se puedan desarrollar en el espacio, ya sea para una posible colonización, como mantenimiento en ingravidez de plantas, animales, entre otros.

Por último, y no menos importante, el entendimiento de este tipo de microorganismos, nos da una ventana al pasado, siendo base fundamental de teorías sobre habitabilidad como la panspermia, la cual, gracias a estos peculiares microorganismos, será, tal vez, el inicio de posibles explicaciones sobre la vida de nuestro planeta, y de dónde ha surgido toda esta explosión vital que estos seres, han traído o se han desarrollado a lo largo de millones de años, para descubrir nuestro pasado.

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Bibliografía Bazylinski, D. A. & Schübbe, S. (2007). Controlled biomineralization by and applications of magnetotactic bacteria.

Advances in applied microbiology, 62, pp. 21-62.

Kopp, R. E. & Kirschvink, J. L. (2008).The identification and biogeochemical interpretation of fossil magnetotactic bacteria. Earth-Science Reviews, 86(1), pp. 42-61.

McDermott, J. M.; Seewald, J. S.; German, C. R. & Sylva, S. P. (2015).Pathways for abiotic organic synthesis at submarine hydrothermal fields. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(25), pp. 7668-7672.

Prozorov, T.; Bazylinski, D. A.; Mallapragada, S. K. & Prozorov, R. (2013). Novel magnetic nanomaterials inspired by magnetotactic bacteria: Topical review. Materials Science and Engineering: R: Reports, 74(5), pp. 133-172.

Qu, Y.; Zhang, X.; Xu, J.; Zhang, W. & Guo, Y. (2014).Removal of hexavalent chromium from wastewater using magnetotactic bacteria. Separation and Purification Technology, 136, pp. 10-17.

Urban, J. E. (2000). Adverse effects of microgravity on the magnetotactic bacterium Magnetospirillum magnetotacticum. Acta Astronáutica, 47(10), pp.775-780.

Yan, L.; Zhang, S.; Chen, P.; Liu, H.; Yin, H. & Li, H. (2012).Magnetotactic bacteria, magnetosomes and their application. Microbiological research, 167(9), pp. 507-519.

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IMPORTANCIA DE LAS SUPERFICIES MINERALES Y DEL APORTE EXÓGENO DE BASES NITROGENADAS PARA EL POSTERIOR ORIGEN DE ÁCIDOS NUCLEICOS. UNA BREVE RESEÑA Importance of mineral surfaces and the external input of nitrogenous bases to the development of nucleic acids. A brief review

Andrés Felipe Amarís Álvarez Biólogo, Universidad Nacional de Colombia Integrante Grupo de Astrobiología, Universidad Nacional de Colombia (UNASB) afamarisa@unal.edu.co

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Resumen La importancia de la disponibilidad de las bases nitrogenadas, en concentraciones que fuesen aceptables, es un problema que se ha discutido en química prebiótica. Actualmente, puede hablarse de dos corrientes: una que habla de que estas se originaron en la Tierra primitiva y la otra en el espacio exterior. Aún así, sigue siendo un enigma cómo algunas bases nitrogenadas se formaron –por ejemplo la citosina– y cuáles fueron las concentraciones aceptables para que estas dieran origen a los ácidos nucleicos. En este artículo se discute que, posiblemente, el escenario de la Tierra primitiva y que los aportes del espacio sideral jugaron un papel sinérgico.

Palabras clave: bases nitrogenadas, minerales, aportes exógenos.

Abstract The importance of the disponibility of nitrogenous bases in sufficient concentrations is a problem which has discussed in prebiotic chemistry. Currently two ideas prevail; one, in which this originated in primigenious Earth and the other that establish that nitrogenous bases originated in the space. However, how were originated some of these –for example the cytosine– remains an enigma as well as what is the acceptable concentrations to create the nucleic acids. This article discuss that probably both, the primigenious earth and the inputs of the sidereal space, played a major role in the origin of the nitrogenous bases.

Keywords: nitrogenous bases, minerals, exogenous inputs.

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Introducción ¿Qué papel pudieron desempeñar los minerales para el posterior origen de la vida en la Tierra primitiva? Esta es una pregunta interesante que se puede abordar de dos maneras e, incluso, según mi punto de vista, desde una tercera perspectiva. El papel de los minerales para el origen de la vida consiste en que, en estos, se puede dar la síntesis y posterior almacenamiento de las bases nitrogenadas, las cuales son indispensables para la aparición de los ácidos nucleicos, moléculas que portan la información genética (Saladino et al., 2011).

Existen dos aproximaciones para explicar el origen de estos compuestos, la primera de ellas es que los minerales de la Tierra primitiva, como se ha visto experimentalmente, ayudaron en la síntesis de bases nitrogenadas como catalizadores. Esto también puede suceder en otros cuerpos celestes –como meteoritos, asteroides, etc.– (Botta et al., 2002) lo que conlleva a la segunda aproximación, en la que se cree que las bases nitrogenadas se generan en estos cuerpos y luego son introducidas en la tierra primitiva través de impactos.

Puede existir, sin embargo, un tercer abordaje; este consiste en unir estas dos fuentes de bases nitrogenadas; lo cual permitiría una mayor disponibilidad, con mayores concentraciones para la síntesis de ácidos nucleicos.

Adsorción mineral En general, se observa que la adenina y la citosina son adsorbidas por minerales más que la timina y el uracilo (Saladino et al., 2011) lo cual plantea una pregunta ¿qué papel pudieren tener los minerales, ya sea en la Tierra primitiva o en cuerpos del espacio, para la formación y concentración de estos compuestos?

(Saladino et al., 2011). Para asumir ambos escenarios, se parte de la asunción de que la formamida estaba presente en la mezcla de moléculas precursoras reactivas, las cuales tuvieron parte en las reacciones químicas y que se hizo posible que estas se dieran. Cabe aclarar que la materia orgánica que se ha podido analizar, proveniente del espacio, muestra diferentes enriquecimientos isotópicos de carbono y nitrógeno en relación con la materia terrestre; para el análisis de la materia orgánica del exterior, se obtiene la fracción soluble de la materia orgánica en condritas carbonáceas, mediante la extracción de muestras de meteoritos en polvo, con disolventes de diferente polaridad (Botta et al., 2002).

Estos extractos contienen mezclas complejas de compuestos orgánicos como aminoácidos e hidrocarburos. Así, un caso de estudio interesante son las superficies de los minerales que componen el meteorito Murchison (Saladino et al., 2011); estas pueden catalizar la síntesis de una serie de compuestos de formamida, relevantes para el origen de vida. La actividad catalítica reside en los minerales y, aunque los rendimientos son muy limitados, pueden constituir un aporte significativo para la posterior síntesis de precursores de ácidos nucleicos, lo cual es importante para el posterior origen de la vida.

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Por lo tanto, durante estos procesos de síntesis, los minerales jugaron un papel relevante como catalizadores, al proveer microambientes locales para la concentración selectiva de reactivos y para la conservación de los productos de reciente formación (Carneiro et al., 2011).

Origen de bases nitrogenadas Las purinas y pirimidinas desempeñan un papel importante en la bioquímica terrestre pues son componentes centrales del ADN y ARN; moléculas utilizadas en el almacenamiento, la transcripción y la traducción de la información genética. Cabe aclarar que, a diferencia de los aminoácidos, las bases nitrogenadas no exhiben quiralidad molecular, lo que hace difícil distinguir entre orígenes abióticos y bióticos de estos compuestos; se ha visto, experimentalmente, que los aminoácidos y bases nitrogenadas están en el intervalo de concentración de 1-100 ppm en los meteoritos que se han analizado (Botta et al., 2011).

Se sabe que, en la Tierra primigenia, compuestos tales como cianuro de hidrógeno (HCN), cianato (NCO), cianógenos ((CN)2), formaldehído (HCOH), formamida (NH2CHO), acido fórmico (HCOOH), formiato de amonio (NH4 + HCOO-), cianuro de amonio (NH4CN), urea (NH2CONH2), así como cianoacetileno, cyanoacetaldehido y β-alanina eran seleccionados como material de partida para la síntesis de componentes de ácidos nucleicos y azúcares (Saladino et al., 2005). Estos compuestos se pueden obtener fácilmente por descargas eléctricas u ondas de choque en mezclas gaseosas de metano (CH4), óxidos de carbono (CO y CO2), amoníaco, nitrógeno y agua, y que se pueden interconvertir por procesos hidrolíticos (Saladino et al., 2005).

Pero, bajo este modelo, la Citosina se hidroliza fácilmente a uracilo, mostrando un tiempo de vida medio de 200 años. Además, esta reacción requiere concentraciones relativamente altas de cianato (> 0,1 M), y es poco probable que ocurra en medios acuosos debido a su rápida degradación en compuestos más simples; se habla de posibles orígenes eutécticos (Saladino et al., 2005) pero se especula que la vida pudo tardar más tiempo en originarse; por ello, un aporte extraterrestre comienza a tener mayor relevancia. Por esta razón, ambos modelos pueden coexistir para el origen de los ácidos nucleicos en la Tierra primitiva.

El aporte extraterrestre pudo ser considerable por el periodo del Gran bombardeo tardío, incrementando las concentraciones de bases nitrogenadas, sobre todo, por meteoritos que cayeron a la Tierra. A su vez, los minerales de la Tierra crearon microambientes donde las concentraciones pudieron llegar a ser las óptimas para la formación de ácidos nucleicos.

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Conclusiones La evidencia actual permite reconocer que los minerales jugaron un papel importante para la formación de bases nitrogenadas tanto en el espacio, como en la Tierra. No obstante, el modelo del origen endógeno de estas no permite explicar, por ejemplo, cómo se alcanzaron las concentraciones suficientes para que se sintetizaran moléculas más complejas como los ácidos nucleicos. En consecuencia, lo más probable es que el aporte endógeno y exógeno de bases nitrogenadas haya sido esencial para lograr dichas concentraciones y, posteriormente, la vida.

Bibliografía Botta, O.&Bada, J. L. (2002).Extraterrestrial organic compounds in meteorites. Surveys in Geophysics, 23, pp.

411-467.

Carneiro, C.; Berndt, G.; de Souza Junior, I. G.; de Souza, C. M.; Paesano, A. Jr.; da Costa, A. C.; di Mauro, E.; de Santana, H.; Zaia, C. T. & Za, D. A. (2011). Adsorption of adenine, cytosine, thymine, and uracilo on sulfide-modified montmorillonite: FT-IR, Mössbauerand EPR spectroscopy and X-ray diffractometry studies. Origin of Life and Evolution of Biospheres, 41(5), pp. 453-468.

Saladino, R.; Crestini, C.; Cossetti, C.; Di Mauro, E. & Deamer, D. (2011). Catalytic effects of Murchison material: prebiotic synthesis and degradation of RNA precursors.

Origin of Life and Evolution of Biospheres, 41(5), pp. 437451. DOI: 10.1007/s11084-011-9239-0.

Saladino, R; Crestini, C; G Costanzo,G&DiMauro ,E. (2005).

On the prebiotic synthesis of nucleobases, nucleotides, oligonucleotides, Pre-RNA and Pre-DNA Molecules.

Topic in Current Chemistry, 259, pp. 29-68.

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POTENCIAL DE LA BIOLOGÍA SINTÉTICA EN LA NUEVA ERA DE LAS MISIONES ESPACIALES Potential of synthetic biology in the new era of space missions

Oscar Iván Ojeda Ramírez Coordinador Grupo de Investigación y Desarrollo Aeroespacial, Universidad Nacional (GIDA) Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Colombia oiojedar@unal.edu.co

Resumen La evolución de la vida en la tierra por más de 3.800 millones de años ha producido una gran diversidad y complejidad de organismos, los cuales pueden proveer una espléndida herramienta de estudio en la astrobiología y las misiones espaciales. A su vez, el campo emergente de la biología sintética tiene el potencial de revolucionar, no solo nuestro mundo, sino también las actividades de exploración humana en otros cuerpos celestes al diseñar y construir sistemas biológicos con funciones que provean recursos y herramientas en el futuro, tales como la producción de combustibles, alimentos, productos farmacéuticos a demanda y materiales de construcción para sistemas de terraformación, junto con el tratamiento de agua y aire, y el control de polvo en estaciones espaciales. Esto permitirá economizar en la carga útil de lanzamientos espaciales de larga duración.

Palabras clave: Biología sintética, misiones espaciales, astrobiología, metanógenos, ISRU –utilización de recursos in-situ, por su nombre en inglés–.

Abstract The evolution of life on earth for more than 3,8 billion years, has produced a wide variety and complexity of organisms that can provide a great study tool in astrobiology and space missions. At the same time, the emerging field of synthetic biology has the potential to revolutionize not only our world but also human exploration activities on other planets. By designing and building biological systems with features that provide resources and tools in the future, like production of fuels, food, pharmaceutical materials on demand and terraforming systems, and also water and air treatment together with dust control on space stations.

This will help to overcome economic factors in the payload space launch.

Keywords: Synthetic biology, space exploration, astrobiology, Methanogens, ISRU –in situ resource utilization–.

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Introducción (…) cada civilización superviviente está obligada a convertirse en viajera espacial, no por un celo exploratorio o romántico, sino por la más práctica de las razones imaginables: permanecer viva.

Carl Sagan La biología tiene la oportunidad de demostrar cómo la vida es exitosa al usar los recursos disponibles que hay a su alrededor de manera eficiente; muchas veces, creando formas o estructuras que están estrechamente relacionadas con un amplio rango de funciones que usan óptimamente, ya sean estas usadas como estrategias adaptativas para sobrevivir en un determinado hábitat en el tiempo. Por tanto, es relativamente fácil encontrar, en la naturaleza, las mejores soluciones funcionales para resolver necesidades actuales o problemas complejos que hay, incluso, en los sectores más avanzados de desarrollo tecnológico.

Por otro lado, hay cientos de preguntas esenciales, las cuales van dando forma a la naturaleza de nuestra civilización y nuestra supervivencia, en el futuro como humanos, ya bien como decía Carl Sagan “nuestra lealtad es para las demás especies y el planeta Tierra, así nuestra obligación de sobrevivir no solo se debe a nosotros como especie, sino también al cosmos antiguo y vasto, del cual emergimos” (Hanich & Holtzman, 1990.). Este, quizás, es uno de los propósitos más esenciales de la vida; el simple hecho de sobrevivir y auto-perpetuarse en el tiempo-espacio. Así, quizá, cualquier otro propósito de la vida debería quedar de lado ante su existencia, incluso, la felicidad o demás sentimientos.

A medida que se desarrollan tecnologías para que la humanidad pueda explorar nuevos mundos y/o colonizar algunos de los planetas ya conocidos –como Marte, para una posible terraformación–, primero se debe superar una serie de barreras, las cuales son demasiado importantes para la industria de la exploración espacial y sus misiones tripuladas.

Uno de los principales desafíos, cuando se habla de misiones espaciales, es la limitación en la carga útil o la economía de las plataformas en lanzamientos espaciales –un hecho sencillo que se ha tenido en cuenta desde el Sputnik–; puesto que transportar carga de mayor peso y tamaño implicará, consecuentemente, un mayor consumo de combustibles y, por tanto, un mayor gasto de recursos.

Este compromiso tiene, adicional, la dificultad de reabastecimiento a mitad de una misión, y más si se trata de una a largo plazo –la cual requeriría más recursos de lo que se podrían lanzar inicialmente–. Un sencillo ejemplo, que nos explica la importancia de estos parámetros en una misión, es un estudio realizado en el año 2014 por científicos del MIT, donde se analiza la factibilidad técnica de la tan escuchada y controversial misión Mars One, donde planean enviar 4 personas, inicialmente, en 2024 –quienes no regresarían a la Tierra–. En este estudio predicen, bajo diversas simulaciones, que con la tecnología actual –de esa época–: • La primera tripulación de la expedición MARS ONE sufriría una fatalidad a los 68 días, si deciden producir su comida allá, con semillas de lechuga y trigo; esto

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POTENCIAL DE LA BIOLOGÍA SINTÉTICA EN LA NUEVA ERA DE LAS MISIONES ESPACIALES

sería, primero, por resultado de asfixia, debido al exceso de una presión parcial de oxígeno producido por las plantas que producirían los alimentos, y, en segundo lugar, por acabarse los niveles requeridos de nitrógeno. Al mismo tiempo, como se sabe el oxígeno también es un elemento toxico y volátil, y si su fracción molar aumenta en gran medida, provocaría un incendio dentro del hábitat.

Lo lógico sería un sistema que elimine el oxígeno; sin embargo, por el momento, para vuelos espaciales, no existen sistemas de control de presión que sean selectivos a una sola especie de gas y, por tanto, no es viable ventilar únicamente oxígeno. En caso de existir, este equipo equivaldría a alrededor del 8% de la masa de carga y duraría tan solo dos años; también cabe pensar qué pasaría si este sistema se averiara, lo cual conllevaría a más gastos de recursos y una necesidad de materiales para reparar los daños.

• En el escenario de que la tripulación lograra superar 130 meses de estadía – toda una hazaña–, los costos del proyecto aumentarían, puesto que supondría enviar suministros equivalentes a un 62% de la masa de carga, por concepto de reparaciones. En el estudio, se calculó que se necesitarían, como mínimo, 15 lanzadores pesados –tipo Falcon– y que cada viaje costaría 4.500 millones de dólares –esto sin incluir costos de comunicaciones y energía– (Do, Koki, Schreiner, Owens & de Weck, 2014).

Es, frente a estos desafíos, que soluciones mediante herramientas no tradicionales, como la biología sintética, se hacen bastantes oportunas. Esto si tenemos en cuenta que algunas propiedades de la vida, como la capacidad de auto-replicación y las actividades catalíticas de diversos organismos o la regeneración de los sistemas biológicos, son las que han conllevado al éxito en la tierra.

Así, la biología sintética se perfila como una solución a los problemas de las exploraciones espaciales a futuro y permite estar a la vanguardia frente a los retos antes mencionados. La biología sintética podría ofrecer, en un futuro no tan lejano, bajos costos, y enfoques prácticos y eficientes a algunos de los desafíos de la exploración espacial. ¿Qué es la biología sintética?

La biología sintética es un campo emergente y promisorio, el cual integra el conocimiento de varias áreas como la biotecnología moderna, la biología de sistemas, la biofísica, la ingeniería genética y molecular, las ciencias de la computación, la química y la ingeniería. Lo que se busca, en muchos casos, es la obtención de aplicaciones tecnológicas que usan sistemas biológicos, organismos vivos o derivados de ellos –buscar nuevas o mejoradas formas de vida–, para modificar procesos o productos con un uso específico.

Por el momento, no existe un acuerdo internacional oficial para el término “biología sintética”; no obstante, sí se puede decir que existe una característica clave, donde se incluye siempre la síntesis de material genético “de novo”, así como el uso de aproximaciones y principios de la ingeniería para desarrollar com-

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ponentes, organismos y productos biológicos. A pesar de ello, existe un acuerdo general, en cuanto a que los procesos de la biología sintética tienen como objetivo: el diseño, la caracterización y la construcción de “partes” y dispositivos biológicos “estándar” para crear sistemas biológicos con respuestas más predecibles y mayor robustez –o también rediseñarlos–; esto con propósitos o funciones útiles, las cuales, muy probablemente, no existían antes en la naturaleza.

Para poder llevar a cabo esto, la biología sintética hace uso de técnicas y metodologías enfocadas en la tecnológica del ADN recombinante y en la bioinformática, a fin de trabajar en las áreas de investigación de circuitos basados en ADN, la ingeniería de rutas metabólicas sintéticas, la construcción de protocélulas, la xenobiología y la genómica sintética Secretario Ejecutivo, 2014; Syntheticbiology Biology Community, s.f.1.

Aunque la perspectiva de la biología sintética puede ser aplicada a todos los niveles jerárquicos de estructuras biológicas –desde moléculas individuales hasta células, tejidos y organismos enteros–, la gran mayoría de trabajos y aproximaciones se han realizado en microorganismos, en especial, bacterias –también levaduras–, debido a su “simplicidad” y capacidad de replicación con pocos componentes biológicos; igualmente, sirven como productores principales para la síntesis de productos farmacéuticos, como la artemisina –usada contra la malaria– o combustibles, como biodiesel e isobutanol; alimentos y materiales para construcción, e incluso fragancias y saborizantes como la vainillina. En otros campos, se ha producido una serie de aplicaciones, tales como el mejoramiento de la producción de herramientas diagnosticas para enfermedades provocadas por virus como la hepatitis o el VIH, incluso, para biosensores y dispositivos de biorremediación en el sector ambiental. Esto da una idea de su versatilidad para dar soluciones en cualquier área.

De hecho, se ha estimado que el mercado global de la biología sintética fue de 1,1 mil millones de dólares para el 2010 y se predice que para este año (2016) será de 10,8 mil millones de dólares y que alcanzará los 38,7 mil millones de dólares para el 2020. Produciendo, así, un rápido crecimiento, superior al 32% y con una gran acogida por un gran número de industrias tecnológicas (Secretario Ejecutivo, 2014).

De esta forma, muchos expertos apuntan que, en las siguientes décadas, nos situaremos en un escenario donde no solo se describan y analicen genes, sino que también se analicen y construyan nuevos arreglos de estos; donde se puedan construir células totalmente artificiales, incluso, demostrando cuánto es el material genético y “chasis” mínimo de un organismo completamente viable. Adelantos que nos demuestran su posibilidad de existencia, es la completa reconstrucción computarizada del genoma; hecho químicamente en el

Mas definiciones sobre biología sintética pueden ser revisadas en: http://www.synbioproject.org/topics/synbio101/definition/

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POTENCIAL DE LA BIOLOGÍA SINTÉTICA EN LA NUEVA ERA DE LAS MISIONES ESPACIALES

laboratorio –sintético– de Mycoplasma mycoides, al ensamblarlo mediante el sobrelapamiento de fragmentos de ADN –M. mycoides tiene un genoma de 1.080 Kbp– (Montagueet al., 2012)(Rothschild, 2010).

Astrobiología y biología sintética La evolución de la vida en la tierra ha producido, por más de 3.800 millones de años, una gran diversidad y complejidad de organismos, los cuales pueden proveer una gran herramienta en la astrobiología y las misiones espaciales. Al hacer uso de la bioprospección del material genético de organismos de interés biotecnológico y del uso de principios disponibles de la biología sintética, se podría implementar, de forma más rápida y económica, un amplio rango de aplicaciones funcionales para actividades de exploración humana o robótica en el futuro, incrementando, de esta manera, la eficacia y reduciendo los riesgos en el espacio.

Una de las áreas principales de la astrobiología es la búsqueda y estudio de organismos extremofilos –organismos que viven en ambientes extremos tales como altas o bajas temperaturas, pH ácidos, salinidad elevada y alta radiación, etc.–, los cuales, por medio de la biología sintética, podrían ser usados para extraer los genes responsables de las adaptaciones evolutivas y las vías metabólicas para, luego, ser transferidas a organismos de interés. Este tipo de enfoque resulta bastante práctico si se quieren desarrollar, por ejemplo, sistemas de soporte de vida, donde se logre el control de polvo en estaciones espaciales, el tratamiento de agua y aire, o el funcionamiento de celdas para la producción energética de combustibles, por medio de metanógenos, organismos fotosintetizadores, como cianobacterias, o productores de hidrogeno; incluso, para producir electricidad con bacterias del genero Geobacter. También podrían llegar a ser usados como fábricas celulares para producir, en condiciones de ingravidez, un amplio rango de productos como drogas, enzimas, alimentos, y hasta procesos de biocementación (Langhoff, Cumbers, Rothschild, Paavola & Worden, 2010).

Inclusive, la Nasa está bastante interesada en la utilización de la biología sintética para avanzar en áreas como la de recursos in situ, conocidas por sus siglas en inglés como ISRU; la fabricación de filtros basados en biomembranas; la producción de bio-materiales, para la manufactura avanzada, en paralelo con la impresión en 3-D; los biosensores altamente selectivos y robustos, para la detección de objetivos de interés, tales como materiales orgánicos e inorgánicos; la bio-minería, para obtener minerales y materiales para electrónica a partir de superficies de cuerpos celestes, y la producción y purificación de farmacéuticos, según la demanda de alimentos y de dispositivos de soporte de vida.

Los sistemas de terraformación, para hacer de Marte un planeta habitable o para hacer bases lunares, algún día serían también bastante viables. Esto sería posible si se lograrán diseñar microorganismos con capacidades y propiedades específicas, tales como resistencia a altas concentraciones de radiación UV, de oxidantes, percloratos, o desecación y frío; el cual, a la vez mantenga altas tasas de obtención de los productos deseados (Menezes, Hogan, Cumbers & Arkin, 2015).

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Por tanto, si se usaran enfoques de la biología sintética para la producción de recursos in situ, se calcula que, entre un 26% y 85% de la carga total de suministros y equipos para una misión, por ejemplo, a Marte, podría ser reducida, lo cual economizaría significativamente el costo final de una misión de este tipo (Menezes et al., 2015)

Figura 8.1. Representación de una colonia basada en tecnología de Biología sintética.

Fuente: Gráfica creada por John Cumbers, Universidad de Santa Cruz, en asocio con colaboradores del instituto Ames de la Nasa.Portada de Journal of the Royal Society Interface, 2015, vol 12:112

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POTENCIAL DE LA BIOLOGÍA SINTÉTICA EN LA NUEVA ERA DE LAS MISIONES ESPACIALES

Bibliografía Do, S.; Koki, H.; Schreiner, S.; Owens, A. & de Weck, O. (2014).

An Independent Assessment of the Technical Feasibility of the Mars One Mission Plan. En: 65th International Astronautical Congress. Toronto, Canada. Recuperado de: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.692.3857&rep=rep1&type=pdf Hanich, L. & Holtzman, S. (1990). Cosmos: A personal Voyage [Serie de televisión]. En: National Geographic Channel.

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Langhoff, S.; Cumbers, J.; Rothschild, L.; Paavola, C & Worden, S. P. (2010). workshop report on what are the potential roles for synthetic biology in NASA’s mission?

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Montague, M.; McArthur IV, G. H.; Cockell, C. S.; Held, J.; Marshall, W.; Sherman, L. A.; Wang, N.; Nicholson, W. L.; Tarjan, D. R. & Cumbers, J. (2012). The role of synthetic biology for in situ resource utilization (ISRU). Astrobiology, 12(12), pp 1135-1142.

Rothschild, L. J. (2010). A powerful toolkit for synthetic biology: Over 3.8 billion years of evolution. Bioessays, 32(4), pp. 304-313.DOI: 10.1002/bies.200900180.

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CRIOMAGMAS Y LA POSIBILIDAD DE AMBIENTES HABITABLES Cryomagmas and possibility of habitable environments Fabián Saavedra Daza Grupo de Ciencias Planetarias y Astrobiología Geólogo, Universidad Nacional de Colombia fsaavedrada@unal.edu.co Resumen En el Sistema Solar, existe un gran número de lugares, los cualespresentan condiciones que permitirían la existencia de formas de vida similares a las existentes en el planeta Tierra. La actividad criovolcánica, posiblemente, genera ambientes favorables para el desarrollo de organismo vivos, principalmente, en satélites naturales helados de Saturno y Júpiter. El satélite natural saturnino Encélado y el joviano Europa son los dos cuerpos del Sistema Solar donde existe está relación entre criovolcanismo y ambientes habitables como análogos planetarios de ambientes terrestres ya conocidos en presencia de agua en estado líquido y trazas de sustancias orgánicas reportadas por sondas de exploración.

Palabras clave: Criovolcanismo, criomagma, análogo planetario, ambiente habitable, geología planetaria.

Abstract Within the Solar System, there are several places with conditions that might allow the existence of similar earth life forms. Cryovolcanic activity may generate propitious environments for sustaining living organisms, especially in icy moons of Saturn and Jupiter. Saturnian natural satellite Enceladus and the jovian Europe are the two bodies of Solar system where there is a relationship between cryovolcanism and potential habitable environments as planetary analogues of terrestrial environments known with liquid water presence and traces of organic substances reported by exploration probes.

Key words: Cryovolcanism, cryomagma, planetary analogue, habitable environment, planetary geology.

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Introducción: Lunas gélidas en el Sistema Solar Alrededor de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno orbitan satélites naturales de tamaño variados, algunos casi tan grandes como la Luna, con un espectro de composición amplio. Dentro de ese espectro, se encuentran satélites que están compuestos, principalmente, de agua en estado sólido, nitrógeno líquido e hidrocarburos en sus cortezas superiores, las cuales rodean núcleos rocosos (excepto Titán, que está constituido por una mezcla de material gélido y rocoso). Tanto el nitrógeno líquido como los hidrocarburos y otros compuestos orgánicos de estos satélites estarían en forma gaseosa en condiciones de temperatura y presión encontradas en la superficie terrestre.

A estos satélites, compuestos principalmente de hielo, se les conoce comúnmente como lunas gélidas (en inglés icy moons). Ejemplos de este tipo de lunas son Mimas, Encélado, Titán (tres lunas de Saturno), Europa, Ganímedes y Calisto (tres lunas de Júpiter), Miranda y Umbriel (lunas de Urano), Tritón (luna de Neptuno).

Encélado es una pequeña luna gélida orbitando a Saturno, la cual,con sus 500km de diámetro, siempre muestra la misma cara hacia el planeta gaseoso.

Posee una gran actividad geológica, basada en criovolcanismo combinado con tectónica en su polo sur. A partir de datos de Cassini-Huygens, desde 2005, se ha comprobado que su superficie está compuesta principalmente de agua en estado sólido, mostrando un intenso fracturamiento y una edad relativa joven para las geoformas presentes en el polo sur (Porco et al., 2006). Los datos de Cassini-Huygens también han mostrado que la temperatura subsuperficial es mayor en su polo sur que en el resto del satélite natural (Dougherty et al., 2009). La temperatura de su superficie alcanza los -198°C, mucho más baja que cualquier temperatura conocida en la Tierra. Es el objeto más brillante del Sistema Solar, con un albedo de 0,9, es decir, refleja casi toda la luz que recibe desde el Sol.

Figura 9.1. Vista parcial de Encélado por Cassini-Huygens en colores falsos para resaltar las zonas con mayor actividad geológica. Vista parcial de Encélado por Cassini-Huygens en colores falsos para resaltar las zonas con mayor actividad geológica. Fuente: NASA, Jet Propulsion Laboratory [NASA/ JPL]. (2005). Photojournal.

PIA06254: Zooming in on Enceladus (Mosaic). Recuperado de: http://photojournal.jpl.nasa. gov/catalog/PIA06254

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Orbitando a Júpiter se encuentra Europa. Su superficie también se considera compuesta, principalmente, de hielo. Al igual que Encélado, muestra una intensa actividad geológica, sin embargo, esta se basa en fenómenos tectónicos.

Los lineamientos que dominan su superficie en las imágenes, disponibles principalmente de la sonda Galileo a mediados de los años 90, se han relacionado con la salida de material menos frío sobre su superficie, la cual alcanza -171°C, gracias al intenso fracturamiento que presenta. Este material, que se explaya en la superficie, se ha interpretado en los últimos años como producto de actividad criovolcánica ya que se considera que, en Europa, existe un ciclo de placas tectónicas similar al que ha provocado que las masas continentales cambien su posición a través del tiempo sobre la superficie terrestre, y que se relaciona fuertemente con un criovolcanismo producto de la actividad tectónica.

Figura 9.2. Vista de Europa por Galileo que muestra su gran actividad tectónica.

Fuente: NASA, Jet Propulsion Laboratory [NASA/JPL/DLR]. (1996). Photojournal. PIA00502: Natural ans false color views of Europa. Recuperado de: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00502

Las dos anteriores lunas gélidas son los dos lugares en el Sistema Solar donde posiblemente se encontrarán ambientes habitables relacionados con actividad de criomagmas. Estos ambientes son análogos a ambientes terrestres conocidos como las fuentes hidrotermales en la Dorsal Atlántica y en volcanes subglaciales en la Antártida. En Europa y en Encélado, se ha determi-

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nado que sus cortezas gélidas encierran vastos océanos de agua ,los cuales, a su vez, rodean un núcleo rocoso, por lo que un ambiente similar a los de los fondos oceánicos en proximidad a dorsales podría presentarse en estas lunas.

Criovolcanismo Una geología activa se presenta en muchos lugares del Sistema Solar y será encontrada principalmente en los satélites naturales de los planetas gigantes gaseosos. Esta geología, estará expresada en satélites que tienen una corteza helada, compuesta de hielo y otros compuestos que se mantienen sólidos o líquidos a temperaturas muy por debajo de 0°C. El volcanismo sería el rasgo geológico más importante y los compuestos involucrados estarían en forma gaseosa en condiciones normales terrestres de presión y temperatura.

Por ejemplo, la luna Io de Júpiter es el objeto con más actividad geológica en todo el Sistema Solar puesto que su volcanismo es similar al terrestre pero mucho más violento: su magma consiste en sulfuros de 1700°C en las zonas más calientes y de -143°C en las más frías. Las temperaturas enlas que se presenta el criovolcanismo son aún más bajas.

Empero,antes de hablar sobre criovolcanismo, es necesario hablar sobre las temperaturas criogénicas. El nitrógeno es un gas en condiciones normales de presión y temperatura. Compone más del 78% del aire que respiramos.

Al descender su temperatura más allá de -195,7°C, pasa a un estado líquido.

Las temperaturas cercanas al punto de ebullición del nitrógeno, 77,36K o -195.7°C, se denominan temperaturas criogénicas. Es, en este rango de temperaturas bajas, en las que funcionan los superconductores electrónicos y los satélites artificiales que orbitan el planeta Tierra. Son temperaturas mucho más bajas que las de una cadena de frío para la preservación de alimentos o las que se alcanzan en invierno de las regiones septentrionales en la superficie terrestre. La ausencia de una atmósfera, la temperatura del espacio interplanetario y el calor emitido por lo interiores de estas lunas permiten que exista actividad volcánica en sus superficies. No obstante,las sustancias que hacen erupción en dichas superficies no son necesariamente parecidas al magma terrestre. Sus mecanismos de erupción están basados en el gradiente térmico frío del material, es decir, materiales congelados que pueden tener una dinámica dentro de un ambiente conformado por material aún más frío.

El criovolcanismo se define como la erupción de material volátil y líquido a temperaturas criogénicas en superficies de satélites naturales helados del Sistema Solar. A diferencia del volcanismo terrestre, el material expulsado en superficie no es magma silicatado, gases oroca fundida. En general, al material expulsado en la superficie en un fenómeno criovolcánico es denominado criomagma. El criomagma puede estar compuesto de agua, amoníaco, metano, etano, propano, butano, nitrógeno líquido, sustancias con las que se le ha relacionado en la actualidad. Aún falta por descubrir más sustancias que podrían estar involucradas con actividades criovolcánicas en el vecindario planetario.

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Cuando se habla de criovolcanismo, es necesario hablar sobre la luna gélida Encélado. La superficie de esta luna se caracteriza por poseer distintas provincias limitadas por contactos tectónicos, especialmente,fallas transformantes con estructuras que recuerdan el fondo expansivo del Océano Atlántico terrestre. El fenómeno criovolcánico en esta luna se produce, principalmente, por el calentamiento interno, consecuencia de la interacción gravitatoria con Saturno (Porco, 2006). Encélado tiene una rotación síncrona con una relación 1:1; por lo cual, siempre tiene la misma cara hacia Saturno, dando una vuelta a este en un periodo de 33 horas. Durante ese periodo de translación en su órbita alrededor del gigante gaseoso, presenta excentricidad, esta ha sido relaciona, en gran medida, con el régimen de deformación al que se ve sometido a su paso por la órbita (Nimmo &Pappalardo, 2006).

Hasta el 2014 el modelo de géiser fue el modelo más aceptado para explicar el criovolcanismo en Encélado. El calentamiento por marea hace que el núcleo rocoso de la luna disipe su calor en la corteza helada, de 50 a 100 km de espesor. El calor disipado funde parcialmente la corteza helada, generando un movimiento convectivo del hielo y la circulación de agua en estado líquido (Nimmo y Pappalardo, 2006). El agua en estado líquido se concentra en cámaras a presiones que pueden estar en el orden de los gigapascales. Al encontrar una fisura en la superficie se libera el contenido de la cámara eyectado en forma de vapor de agua, partículas de hielo y otros componentes en menor proporción, como nitratos, hidrocarburos y compuestos sódicos. El vapor de agua expulsado hacia el exterior se condensa al llegar a temperaturas cercanas al cero absoluto, propias del espacio interplanetario, y cae en forma sólida sobre la superficie.

Figura 9.3. Diagrama esquemático del modelo de géiser frío para Encélado.

Fuente: Tomado y traducido de NASA, Jet Propulsion Laboratory [NASA/JPL]. (s.f.).

Resources. Enceladus. Recuperado de: https://saturn.jpl.nasa.gov/resources/3026/

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En Europa no se tiene un modelo tan elaborado como el de Encélado; sin embargo, sí se establece una salida a la superficie de material, la cual estaría relacionadacon fenómenos criovolcánicos o de convección de hielos (Gargaud, 2011).

Los procesos de criovolcanismo que se presentan en los diferentes satélites de nuestro Sistema Solar, representan una dinámica geológica inexistente en la tierra. En estos cuerpos, la interacción entre las distintas capas congeladas produce comportamientos de la corteza, los cuales podrían generar ambientes propicios para el desarrollo de vida. Adicionalmente, las lunas congeladas de los gigantes gaseosos, especialmente Europa, se encuentran entre los cuerpos del sistema solar que más interés despiertan entre los astrobiólogos; a su vez, existen diversas iniciativas para explorarlas en el futuro cercano. Si existe vida en estas lunas, sus características y comportamiento van a estar determinadas, en gran medida, por el criovolcanismo. Obtener un conocimiento más profundo sobre el criovolcanismo permitiría discernir si existe ambientes aptos para el desarrollo de vida y, si es así, conocer los efectos que tendrían sobre la aparición de posibles protobiontes.

Bibliografía Dougherty, M. K.; Esposito, L. W. & Krimigis, S. M. (2009).

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Gargaud, M. (Ed. en jefe). (2011): Encyclopedia of Astrobiology. Reino Unido: Springer Science.

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1393-1401. DOI: 10.1126/science.1123013.

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