Huellas químicas de la vida

Huellas químicas de la vida

Por :Oscar Domínguez Corbalán

Usando una técnica llamada espectroscopia Raman, los investigadores están desarrolando instrumentos que algún día podrán buscar vida en Marte, Europa, o Calisto.

Quizá en 2008, un todoterreno en Marte apretará su brazo robótico contra una roca. Una sonda en la punta del brazo escaneará la roca, bombardeará repetidamente la superficie con un rayo láser microscópico, probablemente verde o ultravioleta.

Cuando el láser impacte la roca, será reflejado en direcciones aleatorios. La mayoría de ellas del mismo color, pero una pequeña fracción cambiará ligeramente a un color diferente, un fenómeno llamado “efecto Raman”. Ese ligero cambio revelará si la roca alberga los signos químicos de la vida, tanto microbios aún vivos como los restos de organismos que vivieron en el pasado. La luz cambiada por el efecto Raman también detectará cualquier mineral que indique si alguna vez Marte fue apto para la vida.|

En un futuro más distante, una nave espacial protegida contra la intensa radiación de Júpiter podría aterrizar en la luna helada Europa, y luego derretir su camino hacia un basto océano debajo suyo. El submarino interplanetario activará una sonda Raman, analizando el agua en búsqueda de evidencia mineral o manantiales calientes en el fondo marino y vida que pudiera crecer ahí.

Gracias a la miniaturización de aparatos que antes fueran tan grandes como una cama, los investigadores estan desarrolando “espectrómetros Raman” lo suficiente pequeños como para buscar evidencias de vida en Marte y Europa. Esperan que los instrumentos Raman verdes o ultravioletas –o quizá ambos- puedan ser lanzados hacia Marte en 2007.

Prototipos del láser verde, del Espectrómetro Raman de Microbomabardeo de Marte –que destaca en la identificación de minerales- fueron construidos por un equipo liderado por Larry Haskin, un profesor de Ciencias de la Tierra y planetarias en la Universidad de Washington en San Louis. Su equipo incluye investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham, la Universidad Cornell y el JPL (Laboratorio de Propulsión de naves de la NASA) en Pasadena, California. El Dr. Alian Wang de la Universidad de Washington, un miebro del equipo de Haskin, imaginó y diseño el aparato-miniatura.

Michael Storrie-Lombardi, un miembro del NAI (Instituto de Astrobiología de la NASA), trabaja en el Centro para la Detección de la Vida del JPL. Es el investigador principal de un segundo equipo, que construye aparatos que usan lásers ultravioletas para hacer al Espectroscopio Raman muy sensitivo a los materiales orgánicos.

Los científicos creen que el Espectroscopio Raman es más apropiado para buscar minerales indicando condiciones propicias para la vida que para buscar evidencias no ambiguas de la vida en sí, pasada o presente.

“Ningún instrumento puede respondernos: ¿vida? -si o no- de modo que estemos seguros de su acierto”, dijo Tom Wdowiak, un miembro del grupo de Haskin y un físico en la Universidad de Alabama en Birmingham. Pero un espectrómetro Raman “es el mejor instrumento que se está preparando para seleccionar muestras en Marte para responder a la pregunta de si la vida alguna vez pudo haber existido en ese mundo –o si las condicionces son tales que la vida pudiese existir ahí ahora”.

“Si hubiesen formas de vida o residuos de vida y los encontrásemos con el instrumento [Raman], por supuesto que lo veríamos”, dijo Haskin. “Pero nuestras probabilidades de toparnos con ella [la vida] son extremadamente bajas”.

El Espectroscopio Raman fue nombrado así por Chandrasekhra Venkata Raman, un físico de la Universidad de Calcuta que ganó el Premio Nobel en física en 1930 por su descubrimiento del efecto Raman.

Cuando un rayo láser de una longitud de onda o color determinados choca con un material, la mayoría de la luz devuelta del material sigue en la misma longitud de onda, o color. Pero una pequeña porción de la luz del láser, desde uno en un millar hasta uno en un trillón de fotones (partículas de luz), cambia de longitud de onda. El cambio preciso en la longitud de onda es determinado por la composición molecular del material iluminado. Cada tipo diferente de molécula tiene una “firma” única.

Como resultado, el espectroscopio Raman –determinando las longitudes de onda de la luz cambiada por el efecto Raman- puede identificar minerales, detectar trazas de sustancias orgánicas e identificar sustancias biológicas como proteínas, ADN, aminoácidos y pigmentos de plantas. El método es usado a menudo en medicina, para tascas que abarcan desde analizar genes hasta detectar microbios, dijo Storrie-Lombardi.

Un espectrómetro Raman planetario acercaría una sonda a la muestra, o quizá precipitaría un cable de fibra óptica al suelo, luego dispararía el láser repetidamente mientras la sonda escanea la muestra. Un filtro especial removería la luz reflejada que no hubiese cambiado de color. La luz Raman-cambiada pasaría a través del filtro, luego pasaría a través de una rejilla y se curvaría según su longitud de onda.

La luz chocaría en una cámara electrónica. Un ordenador convertiría los datos recogidos por la cámara en gráficos mostrando el “espectro” o longitudes de onda de la luz Raman-cambiada.

Wdowiak dijo que un espectrómetro Raman podría no solo buscar vida y organismos, sinó también minerales en los que organismos pudiesen haber fosilizado. El instrumento Raman también podría detectar minerales formados en la presencia de agua, que es necesaria para la vida, y minerales que indican el uso de energía en organismos vivos.

“La mejor expectativa por ahora para el Espectrómetro Raman es ir a Marte”, dijo Wdowiak, “será en 2007, porque la misión del 2005 va a ser un orbitador”.

El último Espectrómetro Raman verde del equipo de Haskin es un aparato en forma de L que acaba en una mano abierta. El espectrómetro Raman ultravioleta más reciente del equipo de Storrie-Lombardi es “del tamaño de una maleta”, dijo. “Esperamos reducirla a una décima parte de ese tamaño” o aun más pequeña.
Storrie-Lombardi dijo que el láser verde Raman es el primera en la cola para Marte. Pero a él también le gustaría enviar su aparato ultravioleta, que es más sensible para detectar señales de vida.

William Hug de Photon Systems en Covina, CA, desarrolló el láser ultravioleta miniaturizado usado en el instrumento Raman de Storrie-Lombardi, que puede identificar el ADN (el material genético de la vida) y detectar tres de los veinte aminoácidos que construyen las proteínas en los organismos vivos.

El aparato ultravioleta no solo podría usar el efecto Raman para buscar esas señales de vida, también podría hacer fotografías de luz visible y no visible de muestras extraterrestres. La proteína se vuelve fluorescente en la luz ultravioleta, dijo Storrie-Lombardi, igual que la sangre bajo las luces negras usadas en las escenas del crimen por los investigadores.

El prototipo de Storrie-Lombardi ha detectado bacterias, ADN, proteínas y otros materiales orgánicos en experimentos de laboratorio.

“Lo primero que escaneamos fueron granos de café. Claramente orgánicos”, bromeó. “Seremos capaces de decir si hay ciervos espaciales en Marte”.

Haskin dijo que tan pronto como su aparato Raman escaneó una roca volcánica de basalto de 1,1 billones de años de Minesota; “repentinamente, obtuvimos un bonito espectro orgánico, que pareció ser una cera”, producido por líquenes en la roca. Wdowiak usó un espectrómetro Raman para detectar una bacteria fosilizada en la roca hace 2 billones de años.

La luz ultravioleta de Storrie-Lombardi iluminó algas y hongos cuando fue probada en rocas de la Antártida. De acuerdo con D. D. Wynn-Williams de la British Antarctic Survey, las cianobacterias modernas en los desiertos estridentes de la Antártida producen colorofila y otros pigmenyos que pueden ser detectados por el Espectroscopio Raman. Los pigmentos han encontrado cianobacterias fosilizadas de 3 billones y medio de antigüedad.

Wdowiak duda que tales “marcas biológicas” vayan a ser encontradas en Marte, aún así, ya que el entorno de la superficie oxidado tan duramente que destruye cualquier vida.

Haskin dijo que espera que un aparato Raman en Marte “encuentre minerales que requieran condiciones húmedas y cálidas para su formación”. Encontrando tales minerales en Marte indicaría que alguna vez hubo condiciones hospitalarias para la vida.

Un espectrómetro Raman en la superficie helada de Europa podría identificaría cualquier mineral o material orgánica que hubiera brotado encima del océano subterráneo de la luna y rompió o se filtró por el hielo, añadió.

Darcy Gentleman y sus colegas en la Universidad Estatal de Arizona sugirieron usar un instrumento sumergible Raman para buscar materiales orgánicos alrededor de manantiales calientes subacuáticos en la Tierra y en Europa. La vida en la Tierra pudo haber comenzado cerca de respiraderos hidrotermales subacuáticos, que “puede haber sitios para buscar vida en cualquier lugar del Sistema Solar”, añadió Gentleman.

De acuerdo con Storrie-Lombardi, se cree que algo como una misión no será probable hasta la década 2020.

¿Qué es lo próximo?

Tras Marte y Europa, dijo que le gustaría ver un aparato Raman buscando señales de vida en la luna Calisto de Júpiter.

Storrie-Lombardi dijo que los espectrómetros Raman no solo pueden explorar otros mundos, también pueden escanear las naves espaciales para asegurarse de que no llevan microbios de la Tierra a otros planetas. También pueden ser usados para proteger a la Tierra de contaminantes extraterrestres traídos en las naves de vuelta.