Crédito de imagen: NASA
Christopher Chyba es el investigador principal del equipo principal del Instituto SETI del Instituto de Astrobiología de la NASA. Chyba anteriormente dirigió el Centro del Instituto SETI para el Estudio de la Vida en el Universo. Su equipo de NAI está llevando a cabo una amplia gama de actividades de investigación, observando tanto los comienzos de la vida en la Tierra como la posibilidad de vida en otros mundos. El editor gerente de la revista Astrobiology, Henry Bortman, habló recientemente con Chyba sobre varios de los proyectos de su equipo que explorarán el origen y la importancia del oxígeno en la atmósfera de la Tierra.
Revista Astrobiología: Muchos de los proyectos en los que trabajarán los miembros de su equipo tienen que ver con el oxígeno en la atmósfera de la Tierra. Hoy el oxígeno es un componente importante del aire que respiramos. Pero en la Tierra primitiva, había muy poco oxígeno en la atmósfera. Existe un gran debate sobre cómo y cuándo se oxigena la atmósfera del planeta. ¿Puedes explicar cómo la investigación de tu equipo abordará esta pregunta?
Christopher Chyba: La historia habitual, con la que probablemente esté familiarizado, es que después de que evolucionó la fotosíntesis oxigenada, había una gran fuente biológica de oxígeno en la Tierra primitiva. Esa es la vista habitual. Puede ser correcto, y lo que suele ser el caso en este tipo de argumentos no es si un efecto es correcto o no. Probablemente muchos efectos fueron activos. Se trata de cuál fue el efecto dominante, o si hubo varios efectos de importancia comparable.
El investigador del Instituto SETI, Friedemann Freund, tiene una hipótesis completamente no biológica sobre el aumento de oxígeno, que cuenta con cierto apoyo experimental del trabajo de laboratorio que ha realizado. La hipótesis es que, cuando las rocas se solidifican a partir del magma, incorporan pequeñas cantidades de agua. El enfriamiento y las reacciones posteriores conducen a la producción de enlaces peroxi (que consisten en átomos de oxígeno y silicio) e hidrógeno molecular en las rocas.
Luego, cuando la roca ígnea se desgasta posteriormente, los enlaces peroxi producen peróxido de hidrógeno, que se descompone en agua y oxígeno. Entonces, si esto es correcto, simplemente resistir las rocas ígneas será una fuente de oxígeno libre a la atmósfera. Y si observas algunas de las cantidades de oxígeno que Friedemann puede liberar de las rocas en situaciones bien controladas en sus experimentos iniciales, podría ser que esta fue una fuente sustancial y significativa de oxígeno en la Tierra primitiva.
Entonces, incluso aparte de la fotosíntesis, podría haber una especie de fuente natural de oxígeno en cualquier mundo similar a la Tierra que tuviera actividad ígnea y agua líquida disponible. Esto sugeriría que la oxidación de la superficie podría ser algo que usted espera que ocurra, ya sea que la fotosíntesis ocurra temprano o tarde. (Por supuesto, el momento de esto también depende de los sumideros de oxígeno). Enfatizo que es una hipótesis en este momento, para una investigación mucho más cuidadosa. Friedemann solo ha realizado experimentos piloto hasta ahora.
Una de las cosas interesantes sobre la idea de Friedemann es que sugiere que podría haber una fuente importante de oxígeno en planetas completamente independientes de la evolución biológica. Por lo tanto, podría haber un impulsor natural hacia la oxidación de la superficie de un mundo, con todas las consecuencias resultantes para la evolución. O tal vez no. El punto es hacer el trabajo y descubrirlo.
Otro componente de su trabajo, que Friedemann hará con la microbióloga Lynn Rothschild del Centro de Investigación Ames de la NASA, tiene que ver con esta pregunta de si en entornos asociados con rocas ígneas erosionadas y la producción de oxígeno, podría haber creado microambientes que habría permitido que ciertos microorganismos que viven en esos entornos se hayan adaptado previamente a un entorno rico en oxígeno. Trabajarán con microorganismos para tratar de abordar esa pregunta.
A.M: Emma Banks buscará interacciones químicas en la atmósfera de la luna Titán de Saturno. ¿Cómo se relaciona eso con la comprensión del oxígeno en la Tierra primitiva?
CC: Emma está mirando otra forma abiótica que podría ser importante para oxidar la superficie de un mundo. Emma hace modelos computacionales químicos, hasta el nivel mecánico cuántico. Ella los hace en varios contextos, pero lo que es relevante para esta propuesta tiene que ver con la formación de neblina.
En Titán, y posiblemente también en la Tierra primitiva, dependiendo de su modelo para la atmósfera de la Tierra primitiva, hay una polimerización de metano [la combinación de moléculas de metano en moléculas de cadena de hidrocarburos más grandes] en la atmósfera superior. La atmósfera de Titán es de varios por ciento de metano; Casi todo el resto es nitrógeno molecular. Está bombardeado con luz ultravioleta del sol. También es bombardeado con partículas cargadas de la magnetosfera de Saturno. El efecto de eso, actuando sobre el metano, CH4, es romper el metano y polimerizarlo en hidrocarburos de cadena más larga.
Si comienza a polimerizar metano en cadenas de carbono cada vez más largas, cada vez que agrega otro carbono a la cadena, debe deshacerse de algo de hidrógeno. Por ejemplo, para pasar de CH4 (metano) a C2H6, (etano) debe eliminar dos hidrógenos. El hidrógeno es un átomo extremadamente ligero. Incluso si produce H2, esa es una molécula extremadamente ligera, y esa molécula se pierde en la parte superior de la atmósfera de Titán, al igual que se pierde en la parte superior de la atmósfera de la Tierra. Si purga hidrógeno de la parte superior de su atmósfera, el efecto neto es oxidar la superficie. Entonces, es otra forma que le proporciona una oxidación neta de la superficie de un mundo.
Emma está interesada en esto principalmente con respecto a lo que ocurre en Titán. Pero también es potencialmente relevante como una especie de mecanismo oxidante global para la Tierra primitiva. Y, trayendo nitrógeno a la imagen, está interesada en la producción potencial de aminoácidos a partir de estas condiciones.
A.M: Uno de los misterios sobre la vida temprana en la Tierra es cómo sobrevivió a los efectos dañinos de la radiación ultravioleta (UV) antes de que hubiera suficiente oxígeno en la atmósfera para proporcionar un escudo de ozono. Janice Bishop, Nathalie Cabrol y Edmond Grin, todos los cuales están con el Instituto SETI, están explorando algunas de estas estrategias.
CC: Y hay muchas estrategias potenciales allí. Uno es simplemente estar lo suficientemente profundo debajo de la superficie, ya sea que esté hablando de la tierra o el mar, para estar completamente protegido. Otro es estar protegido por minerales dentro del agua misma. Janice y Lynn Rothschild están trabajando en un proyecto que está examinando el papel de los minerales de óxido férrico en el agua como una especie de protección contra los rayos UV.
En ausencia de oxígeno, el hierro en el agua estaría presente como óxido férrico. (Cuando tiene más oxígeno, el hierro se oxida aún más; se vuelve ferroso y se cae). El óxido férrico podría haber desempeñado el papel de un escudo ultravioleta en los primeros océanos, o en los primeros estanques o lagos. Para investigar qué tan bueno es como un posible escudo contra los rayos UV, hay algunas medidas que puede hacer, incluidas las medidas en entornos naturales, como en Yellowstone. Y una vez más hay un componente microbiológico en el trabajo, con la participación de Lynn.
Esto está relacionado con el proyecto que Nathalie Cabrol y Edmond Grin están llevando a cabo, desde una perspectiva diferente. Nathalie y Edmond están muy interesados en Marte. Ambos están en el equipo científico de Mars Exploration Rover. Además de su trabajo en Marte, Nathalie y Edmond exploran entornos en la Tierra como sitios análogos de Marte. Uno de sus temas de investigación son las estrategias para la supervivencia en entornos con altos rayos UV. Hay un lago de seis kilómetros de altura en Licancabur (un volcán inactivo en los Andes). Ahora sabemos que hay vida microscópica en ese lago. Y nos gustaría saber cuáles son sus estrategias para sobrevivir en el entorno con alta radiación UV. Y esa es una forma diferente y muy empírica de abordar esta cuestión de cómo sobrevivió la vida en el entorno de alta radiación ultravioleta que existió en la Tierra primitiva.
Estos cuatro proyectos están todos acoplados, porque tienen que ver con el aumento de oxígeno en la Tierra primitiva, cómo sobrevivieron los organismos antes de que hubiera oxígeno sustancial en la atmósfera, y luego, cómo todo esto se relaciona con Marte.
Fuente original: Revista Astrobiología
