Astrobiólogos van a cazar presas pequeñas en Siberia

#1# 27 de julio de 1999: #2# Es un lugar remoto, es frío y su mismo nombre nos trae desagradables recuerdos de campos de concentración. Pero también es un lugar ideal para buscar formas de vida que han aprendido trucos de supervivencia que podrían ser usados en el permafrost y los cascos polares de Marte, Europa, Calisto y otras lunas gélidas del sistema solar. Richard Hoover, del Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA, se dirige hacia el norte de Siberia para una caminata de dos meses para cazar criófilos, microbios extremófilos que adoran las condiciones frías extremas como el permafrost siberiano. Ya ahora carga consigo un recordatorio de que le esperan cosas interesantes: un frasco con musgo que está creciendo y que permaneció vivo aunque dormido mientras estuvo congelado durante 40,000 años en el permafrost de las tierras bajas de Kolyma, Beringia en el noreste de Siberia. Es en Kolyma donde Hoover, un físico solar convertido en astrobiólogo, se convertirá en un “hombre rudo”. “Me convertiré en un ayudante de taladrador”, explicó Hoover, “después de que David Gilichinsky me entrene. Usaremos técnicas asépticas de perforación para obtener muestras de hielo y permafrost profundo para la investigación microbiológica. Examinaremos los núcleos buscando diatomeas fósiles, bacterias, cianobacterias, levadura, hongos, actinomicetos y otras formas de vida microbianas'. Gilichinsky, miembro del Instituto de Ciencias del Suelo y Fotosíntesis de la Academia Rusa de las Ciencias, es uno de los socios de Hoover en el Programa Conjunto Ruso-Americano de Investigación en Ciencias del Espacio (JURRISS, por sus siglas en inglés). Su propuesta fue escogida por la NASA en mayo. En colaboración con la profesora Elena Vorobyova de la Universidad Estatal de Moscú, se proponen llevar a cabo un estudio in-situ del permafrost como hábitat microbiano. #3# Ahora que el corto verano siberiano está a punto de terminar, es hora de que Hoover y Gilichinsky vayan a la caza de presas pequeñas. Para saber dónde buscar, Hoover y la profesora Elena A. Vorobyova estudiarán el contenido microbiano del permafrost y de la estructura de la interfaz entre el suelo y el hielo. Esta investigación es importante para la astrobiología debido al desarrollo de técnicas que podrían emplearse en la exploración de Marte, Europa, Calisto, Io, cometas, asteroides y otros cuerpos congelados de nuestro sistema solar. La astrobiología es el estudio del origen, la distribución y las limitaciones de la vida en el cosmos. La astrobiología busca respuestas a estas preguntas fundamentales: ¿cómo empieza y se desarrolla la vida?, ¿hay vida en otros lugares de universo? y ¿cuál es el futuro de la vida en la Tierra y fuera de ella? Un elemento importante del Programa de Astrobiología de la NASA es el estudio de cómo la vida, en forma de microbios, sobrevive en la Tierra bajo condiciones extremas. A estos microbios se les llama extremófilos.

Una sección transversal del permafrost muestra un trozo de hielo en forma de cuña escondido justo bajo la superficie. Hoover y sus colegas rusos buscarán este tipo de trozos cuneiformes de hielo y pingos (ver abajo) donde los microbios podrían estar acurrucados para una larguísima siesta invernal. La capa activa es suelo que se derretirá en verano y se recongelará en invierno. Bajo ella está el permafrost -suelo demasiado profundo para ser alcanzado por el calor de un corto verano. Esta muestra se encuentra en el Refugio Ártico Nacional para Vida Silvestre en el noreste de Alaska. Servicio de Pesca y Vida Silvestre de E. U. Se puede encontrar más información sobre hielo, trozos cuneiformes de hielo, polígonos y pingos, incluyendo una animación que muestra cómo crecen en el sitio del Servicio de Pesca y Vida Silvestre en el Refugio Ártico Nacional para Vida Silvestre.

'Los microorganismos encontrados en el permafrost, los glaciares, y los cascos polares de la Tierra tienen gran importancia para la astrobiología', afirmó Hoover. Su artículo arbitrado titulado 'La importancia de los Microorganismos del Permafrost y el Hielo para la Astrobiología' acaba de ser aceptado por Kluwer para su publicación en un nuevo libro sobre el Permafrost. También fue tema de una ponencia que presentó en la Conferencia de Astrobiología SPIE organizada por la Sociedad de Ingenieros de Instrumentación Foto-Óptica en Denver el 21 de julio de 1999. 'Los antiguos microbios durmientes, e incluso plantas tales como el musgo, pueden permanecer viables en criopreservación, recuperando su actividad metabólica al descongelarse después de estar congelados en hielo glacial o permafrost durante miles o millones de años', explicó Hoover. 'Los extremófilos microbianos en los glaciares árticos y antárticos y en el permafrost, representan análogos a células que podrían hallarse en el permafrost o los cascos polares de Marte o en otros cuerpos congelados del sistema solar'. Por sus difíciles condiciones ambientales, Siberia es un recurso natural que casi no ha sido explorado. Hoover, Gilichinsky y otros científicos consideran al permafrost - suelo que permanece congelado todo el año- como uno de esos recursos. Hoover dijo que tres tipos de forma de vida se encuentran en el permafrost: las formas activas que alcanzan a vivir en delgadas películas de agua entre granos de suelo y hielo; las formas viables pero inactivas que están congeladas en animación suspendida (anabiosis profunda) mientras las cosas mejoran y, finalmente, los restos de microbios que simplemente se dieron por vencidos y murieron. 'Estamos muy animados por los microbios y plantas vivos que hemos encontrado en permafrost y en trozos cuneiformes de hielo y glaciares y por los microorganismos antiguos viables, aunque dormidos desde hace mucho, que pueden ser cultivados del permafrost, de los glaciares y de la capas profundas de hielo', dijo Hoover. 'Aun los microbios muertos del permafrost antiguo y del hielo profundo son tremendamente importantes debido a su perfecto estado de conservación con membranas celulares, organelos, proteínas, ADN y ARN intactos. Ellos hacen posible un campo de investigación totalmente nuevo que podría llamarse paleontología molecular'. En Siberia, Hoover está particularmente interesado en los trozos de hielo en forma de cuña con patrones o dibujos y en los pingos con forma de volcán. 'Los trozos cuneiformes de hielo se forman cuando el suelo se congela y se rompe formando grietas poligonales expuestas,' explicó. 'Las grietas se llenan de agua cuando el clima es templado; se recongelan y expanden en el invierno'. Este ciclo se repite continuamente. Algunos de los trozos de hielo del permafrost tienen hielo muy antiguo en su centro. Esto también implica que cualquier forma de vida atrapada dentro del hielo de los glaciares antiguos y del permafrost es extremadamente antigua. Vorobyova trajo al Centro Marshall de la NASA muestras de hielo antiguo del Valle Beacon, Antártida y ha cultivado actinomicetos y bacterias de este antiguo hielo de glaciar. Los estudios del hielo y permafrost del Valle Beacon realizados con el Microscopio Electrónico para Escaneo Ambiental (ESEM por sus siglas en inglés) del Centro Marshall de la NASA revelaron la presencia de un alto número de bacterias antiguas, hongos miceliales y diatomeas intactas con polisacáridos extracelulares, lo que indica que las diatomeas aún estaban vivas cuando se congelaron. La edad exacta de las muestras está siendo calculada pero estos antiguos y aún viables microbios podrían pertenecer al Mioceno, así que podrían tener más de ocho millones de años. 'También me interesan mucho los pingos', continuó Hoover. 'Hemos visto evidencia de pingos en imágenes de Marte cercanas a los cascos de hielo polares'. Los pingos son montículos de hielo cubiertos de tierra que parecen volcanes. Se forman cuando el hielo se forma sobre permafrost sólido en el límite entre trozos de hielo. 'Los pingos pueden ser muy grandes, muy altos”, explicó Hoover; “algunos de ellos alcanzan un altura de decenas de metros”. #4# 'Si logramos encontrar un pingo adecuado, espero obtener muestras del hielo interior. ¿Qué tipo microorganismos hay allí? ¿Hay rocas que quedan atrapadas y forman cryoconite holes?' Los cryoconite holes pueden ser micro-edenes glaciares temporales. Se presentan en el hielo glacial cuando rocas oscuras en la superficie del hielo se calientan con la luz solar y derriten el hielo. El agua y polvo de roca son ideales para el crecimiento de cianobacterias, diatomeas, bacterias, hongos e incluso musgos. 'Encontré musgos anaranjados cubiertos con películas negras de cianobacterias que estaban creciendo sobre el hielo del glaciar Matanuska en Alaska. Escombros de roca desprendidos de montañas y superficies rocosas por el hielo en movimiento y podrían también quedar capturados en el hielo y promover ecosistemas en burbujas de hielo.

Localizando a un astrobiólogo en constante movimiento 'Puede ser una cianobacteria,' dijo Richard Hoover mientras el microscopio electrónico mostraba lo que la mayoría de nosotros confundiría con una mancha insignificante. Entrevistar a Hoover algunas veces implica hablar con él al vuelo. Rara vez está quieto en un sólo lugar por mucho tiempo, a menos que sea en una silla justo detrás de un ingeniero de la NASA quien opera el microscopio electrónico para escaneo ambiental (ESEM). Derecha: Hoover, Vorobyova y Abyzovpeer sobre el hombro del operador del ESEM. Foto de NASA tomada por Clifford Schlecht. Es allí donde Science@NASA alcanzó a Hoover para hablar con él sobre su viaje a Siberia. El ESEM es una herramienta sofisticada que el Centro Marshall de la NASA adquirió para el análisis detallado de los filos rotos de materiales que fallaron. Como parte de su investigación astrobiológica, Hoover lo emplea con el propósito original de su diseñador, estudiar microbios sin el daño que producen la mayoría de las técnicas de microscopio electrónico. Hoover se sentó con la Prof. Elena A. Vorobyova y el Prof. Sabit S. Abyzov (el descubridor de microorganismos en el hielo profundo en la Estación Vostok, Antarctica) mientras examinaban objetos microscópicos en hielo de justo encima de la superficie del lago Vostok en la Antártida. Hoover y Abyzov han estudiado ya antes hielo de Vostok pero esta muestra es la más profunda hasta ahora, tomada a 3,611 meters (2.3 millas) debajo de la superficie nevada y tan sólo unas docenas de metros por encima del lugar donde los científicos esperan encontrar la superficie líquida de un cuerpo de agua del tamaño del lago Ontario y de unos 400,000 años de antigüedad. 'Hemos alcanzado una capa profunda a 3,623 metros', dijo Abyzov, ' y nos detuvimos ya que, para perforar más abajo necesitamos el permiso de una comisión internacional para la investigación en el lago Vostok, esto para evitar la contaminación de un lago muy antiguo”. Mientras tanto, muestras selectas de hielo provenientes de justo encima del la “superficie del lago” están siendo derretidas para ver qué rastros de vida temprana están enterrados allí. ' El problema principal es que estamos viendo cosas que nunca habíamos visto antes y, por lo tanto, son muy difíciles de identificar”, dijo Hoover. Han encontrado filamentos blancos muy largos que son similares a filamentos que Hoover descubrió en un antiguo estanque congelado de termokarst en el Túnel de Permafrost del Laboratorio Ambiental y de Investigación de Regiones Frías (CRREL, por sus siglas en inglés) en Fox, Alaska. Estos filamentos blancos podrían ser cianobacterias heterotróficas, las cuales podrían vivir en total oscuridad comiendo material orgánico (nutrición heterotrófica) en vez de usar fotosíntesis. Izquierda: Una imagen radarsat delinea la suave superficie sub-hielo del lago Vostok en la Antártida. Crédito: Jet Propulsion Laboratory. Mientras Hoover platicaba son Science@NASA, el operador del ESEM barre lentamente la imagen del espécimen bajo el plano focal del microscopio. 'Pueden ser tricomas de phormideas (algas cianofíceas) o microcoleus (especie de cianobacteria),' apuntó Hoover al tiempo que otra posible cianobacteria aparecía. Corrió a su coche y regresó con cuatro libros de consulta. 'Ah, sí, sí, me gusta', dijo mientras encontraba algo similar en uno de los libros. Derecha: La concepción de un artista de un criobot explorando el lago Vostok - o Europa, una de las lunas jovianas cubiertas de hielo. Crédito: Jet Propulsion Laboratory. 'Esto es muy importante para el estudio de la biología en nuestro planeta”, continuó Abyzov, 'y para el futuro de la astrobiología. Estamos interesados en usar el lago Vostok para desarrolla métodos para buscar vida en Europa, Ganímedes y Calisto', las lunas de Júpiter que están cubiertas de hielo. 'Realmente queremos hacer un espectro con ese filamento antes de alejarnos de él', interrumpió Hoover. Además de tomar imágenes bonitas, el ESEM puede hacer un análisis químico mediante el estudio de los rayos X que emiten los electrones exteriores de los átomos en la muestra. '¡Mira todo ese níquel!' exclamó Hoover unos minutos después mientras analizaban una partícula mineral. 'Tenemos un bonito pico de níquel, mucho zinc, calcio, titanio. Es un mineral. Estamos viendo níquel, lo que no es inconsistente con una diminuta mota de meteorito o polvo cósmico'. A unos cuantos micrones sobre la misma mota, la firma cambió: 'Parece como si estuvieras examinando un objeto diferente'. Así continuó mientras el trío exploraba nuevo micro-terreno y desarrolla nuevas lecciones que ayudan a refinar la búsqueda de vida en otros lugares del sistema solar. '¡Guau!,' exclamó Hoover. 'Eso es interesante. Mira. Elena encontró una bella diatomea Pinnularia en el hielo antiguo del valle Beacon'.