Sondeando la vida en las costras heladas de los mundos oceánicos

Durante las pruebas de campo en 2019 cerca de Greenland Summit Station, una estación de observación remota a gran altitud, el instrumento WATSON se está probando para detectar signos de vida o biofirmas, 360 pies (110 metros) hacia abajo del pozo. El cabrestante que sostiene el taladro se extiende desde la parte superior de la tienda de perforación. Fuente: NASA / JPL-Caltech

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

«Perseverance buscará una lista de compras de minerales, compuestos orgánicos y otras sustancias químicas que puedan revelar que la vida microbiana floreció en Marte», dijo Luther Beegle, investigador principal de Mars 2020 Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals ( SHERLOC). «Pero la tecnología SHERLOC, que buscará vida pasada en rocas marcianas, es altamente adaptativa y también puede usarse para buscar microbios vivos y bloques de construcción químicos necesarios para la vida en el hielo profundo de las lunas de Saturno y Júpiter».

Se cree que Encelado, Europa e incluso la nebulosa luna de Titán esconden vastos océanos de agua líquida que contienen sustancias químicas relacionadas con procesos biológicos debajo de una superficie exterior gruesa y helada, muy diferente de los entornos modernos de Marte. Si existe vida microbiana en estas aguas, los científicos también pueden encontrar evidencia de ella en el hielo. Pero, ¿cómo encuentras esta evidencia cuando está encerrada en lo profundo del hielo?

Entra WATSON. Abreviatura de Wireline Analysis Tool para la observación subterránea de las capas de hielo del norte, un prototipo similar a una tubería de 3,9 pies (1,2 metros) de largo está en desarrollo en el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Sur de California de la NASA. Se ha acoplado a la broca profunda Honeybee Robotics, y esta combinación se ha probado con éxito en el hielo extremadamente frío de Groenlandia.

Una versión más pequeña de WATSON podría algún día abordar una futura misión de robot para explorar el potencial de habitabilidad de una de estas misteriosas lunas. El instrumento escanearía el hielo en busca de biofirmas, moléculas orgánicas creadas por procesos biológicos. Si se detecta en el futuro, una versión futura de WATSON con la capacidad adicional de recolectar hielo de la pared del pozo podría tomar muestras para realizar más pruebas.

Al utilizar la espectroscopia Raman ultravioleta profunda para analizar los materiales donde se encuentran, en lugar de tomar inmediatamente muestras de hielo y luego examinarlas en la superficie de la luna, el instrumento proporcionaría a los científicos información adicional sobre estas muestras al estudiar su posición en el contexto del medio ambiente. .

WATSON cartografió un pozo fluorescente a una profundidad de 93,8 metros en el hielo de Groenlandia. El panel de la izquierda muestra los parches borrosos de las firmas biológicas, y el panel de la derecha muestra la versión coloreada que agrupa sustancias químicas orgánicas similares. Fuente: NASA / JPL-Caltech

«Sería fantástico si primero analizáramos cómo se ven estas muestras en su entorno natural, antes de que se recolecten y mezclen en una suspensión para su análisis», dijo Mike Malaska, astrobiólogo del JPL y científico jefe de WATSON. “Es por eso que estamos desarrollando este instrumento no invasivo para su uso en ambientes helados: para observar de cerca el hielo e identificar grupos de compuestos orgánicos, tal vez incluso microorganismos, para que puedan ser examinados antes de analizarlos más y perder su forma nativa. contexto o modificar su estructura. «

Aunque WATSON usa la misma técnica que SHERLOC de Perseverance, existen diferencias. Primero, SHERLOC analizará las rocas y los sedimentos marcianos para encontrar signos de vida microbiana pasada que puedan recolectarse y devolverse a la Tierra en misiones futuras para un estudio más profundo. SHERLOC no perfora agujeros. Una herramienta separada hace esto.

Pero ambos dependen de un láser y un espectrómetro ultravioleta profundo, y donde el instrumento de hielo WATSON tiene una imagen para observar la textura y las partículas en la pared de hielo, el SHERLOC de Perseverance está emparejado con una cámara de alta resolución para tomar primeros planos de la textura. rocas para apoyar sus observaciones. Esta cámara tiene el mismo nombre que el prototipo de minería de hielo: WATSON. En este caso, sin embargo, el acrónimo significa sensor topográfico gran angular para operaciones e ingeniería. (Después de todo, cualquier instrumento con un nombre inspirado en el famoso detective de ficción Sherlock Holmes seguramente inspirará referencias a su compañero).

Encelado en la Tierra

Así como SHERLOC ha sido sometido a extensas pruebas en la Tierra antes de ir a Marte, también lo hace WATSON antes de enviarlo al sistema solar exterior. Para ver cómo puede funcionar el instrumento en la corteza helada de Encelado y las temperaturas extremadamente bajas de la Luna, el equipo de WATSON eligió Groenlandia como un ‘análogo de la Tierra’ para las pruebas de prototipos durante la campaña de 2019.

Los análogos de la Tierra tienen características similares a otras ubicaciones de nuestro sistema solar. En el caso de Groenlandia, el entorno cerca del centro de la capa de hielo de la isla y lejos de la costa se acerca a la superficie de Encelado, donde los materiales oceánicos brotan de los fértiles respiraderos de la pequeña luna y se hunden hacia abajo. Mientras tanto, el hielo distorsionado en el borde de los glaciares de Groenlandia cerca de la costa puede servir como un análogo de la corteza helada, profunda y deformada de Europa.

Durante la prueba de campo, WATSON y la broca adjunta se bajaron al pozo a una profundidad de 110 metros (360 pies). En esta foto, la ventana óptica de WATSON permite que el instrumento «vea» los lados del pozo. Fuente: NASA / JPL-Caltech

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

Si bien no fue sorprendente encontrar firmas biológicas en el glaciar de Groenlandia (después de todo, las pruebas se realizaron en la Tierra), mapearlas a lo largo de las paredes de un pozo profundo planteó nuevas preguntas sobre cómo estas características llegaron a donde están. El equipo descubrió que los microbios en las profundidades del hielo tienden a pegarse en burbujas en lugar de en capas como se esperaba originalmente.

«Creamos los mapas mientras WATSON escaneaba los lados del pozo y los grupos de puntos calientes azul-verde y rojo, todos representando diferentes tipos de material orgánico», dijo Malaska. «Fue interesante para mí que la ubicación de estos puntos de acceso era casi la misma en todos los lugares donde miramos: sin importar si el mapa se creó a una distancia de 10 o 100 metros [33 or 330 feet] en el fondo, esos pequeños puntos estrechos estaban allí.

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

Hay incluso más pruebas por realizar, preferiblemente en otros análogos de la Tierra que se aproximen a las condiciones de otras lunas heladas, pero el equipo se sintió alentado por la sensibilidad de WATSON a firmas biológicas tan diversas. Esta alta sensibilidad sería útil en misiones a mundos oceánicos donde se desconoce la ubicación y densidad de posibles biofirmas, dijo Rohit Bhartia, investigador principal de WATSON e investigador principal asociado de SHERLOC en Photon Systems en Covina, California. “Si tuviéramos que tomar una muestra aleatoria, probablemente perderíamos algo muy interesante, pero con nuestras primeras pruebas de campo, podemos comprender mejor la distribución de compuestos orgánicos y microbios en el hielo terrestre que pueden ayudarnos al perforar en Encelado cáscara. «

Los resultados de la prueba de campo se han publicado en la revista Astrobiología en el otoño de 2020 y presentado en la American Geophysical Union Reunión de otoño de 2020 11 de diciembre.

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