Tres lugares de la Tierra parecidos a una luna de Saturno

Los autores señalan las similitudes y diferencias con Encelado, que posee un océano subterráneo y puede ser habitable.

Encelado es el sexto satélite de Saturno y presenta características muy interesantes desde el punto de vista astrobiológico para los científicos como foco para una futura misión de exploración planetaria. Las mediciones de las plumas de Encelado realizadas por la nave espacial Cassini han indicado claramente que hay un océano de agua líquida debajo del hielo y que es probable que este océano sea habitable para una variedad de microorganismos terrestres.

Las muestras que salen de las plumas brindan una oportunidad única para la astrobiología. Las misiones futuras pueden refinar nuestra comprensión de la habitabilidad del océano (si fuera rico en biomarcadores o el tipo de ecosistema que se puede esperar similar a la biología de la Tierra). Los estudios in situ pueden revelar la presencia y la naturaleza bioquímica de la vida en Encelado.

Los análogos en la Tierra del océano en Encelado serían: un cuerpo de agua oscuro y anóxico prácticamente sellado por hielo; un ambiente que contiene un ecosistema microbiano quimioautotrófico anaeróbico o un respiradero hidrotermal alcalino, de baja temperatura, recirculante. Ningún entorno conocido en la Tierra tiene estas tres características, pero hay sistemas que tienen alguna de ellas y nos podrían ayudar a comprender el potencial astrobiológico de Encelado.

Campo Ciudad Perdida

El análogo más claro en la Tierra para los respiraderos hidrotermales en el océano de Encelado es el campo Ciudad Perdida a lo largo del Macizo Atlántico al oeste de la cresta del Atlántico medio. Las mediciones realizadas por la nave espacial Cassini respaldan la conclusión de que el agua líquida subsuperficial de Encelado está circulando a través de sistemas hidrotermales alcalinos y cálidos en el fondo del océano. En la Tierra, el descubrimiento de tales sistemas dentro de nuestro propio océano ocurrió solo recientemente, aunque su existencia se había predicho en base a observaciones geológicas.

Incluso antes de su descubrimiento, se había argumentado que los sistemas hidrotermales alcalinos podrían haber sido lugares importantes para el origen de la vida. Los entornos alcalinos como Ciudad Perdida podrían proporcionar una interfaz geoquímica que apoya la formación de vesículas lipídicas. Sin embargo, contiene un pH moderado a alto que es problemático para la estabilidad del ARN y, en menor medida, para el ADN, pero la funcionalidad del ARN puede haber sido de mucha mayor importancia para el origen de la vida tal como la conocemos.

La alta salinidad, y en particular la prevalencia de cationes divalentes como el magnesio, también plantea un problema para la formación y estabilidad del ARN y otros polímeros. Dentro y debajo de las chimeneas, el hidrógeno y el metano directamente derivados de la serpentinización y la circulación de fluidos impulsan la actividad microbiana, predominantemente en forma de arqueas oxidantes de metano.

Diferencias y/o similitudes que nos encontramos:

Los supuestos sistemas hidrotermales de Encelado claramente no están tan bien caracterizados como los respiraderos de la Ciudad Perdida, pero parece haber una base para su analogía. Los sistemas alcalinos en Encelado pueden tener concentraciones más bajas de magnesio que los fluidos de Ciudad Perdida.

Otra diferencia fundamental entre los respiraderos de ambas es la energía disponible para la vida a través de varias vías metabólicas. La química del penacho de Encelado indica que solo hidrógeno y dióxido de carbono están definitivamente disponibles como fuente de energía redox. No se observan sulfato ni oxígeno, y es probable que no estén presentes. Por lo tanto, dada nuestra comprensión actual de la química de Encelado, las reacciones de oxidación que usan estas especies, aunque importantes en la Tierra, pueden no ser relevantes para Encelado.

Si el flujo de salida hidrotérmico en Encelado tiene una concentración de células similar a la observada en los fluidos de Ciudad Perdida (~ 105 células cm-3) el material biológico podría ser detectable en una muestra recolectada por una nave espacial que vuela a través del penacho, incluso si el flujo de salida hidrotérmico se diluye en 10 a 1 con agua del océano ambiental, según lo determinado por los cálculos bidimensionales de flujo de fluido.

En un estudio relacionado, estimaron que las concentraciones microbianas en los respiraderos hidrotermales en Encelado podrían ser comparables a las de la Tierra, al escalar el flujo geotérmico promedio en el mar debajo del terreno polar sur de Encelado al del océano Atlántico promedio, y suponiendo que la partición metabólica y energética sea igual en ambos mundos.

El Lago Vida en los Valles Secos de la Antártida

Es el ejemplo más conocido de ecosistema sellado bajo hielo puesto que no son muy comunes. Este sistema no recibe flujo de material ni luz solar. Los primeros observadores y modelos de Lago Vida asumieron que estaba congelado en su base. Sin embargo, el radar reveló una constante altamente reflectante a unos 19 m debajo de la superficie del hielo en el interior del lago.

La perforación a través del hielo reveló la presencia de una capa de salmuera que se extiende unos 16 metros hacia abajo. La datación por radiocarbono de la materia orgánica muestreada a 12 m en la cubierta de hielo del lago sugiere que la salmuera ha estado aislada durante más de 2800 años.

El análisis de ensambles microbianos dentro de la cubierta de hielo perenne del lago reveló una variedad diversa de bacterias en este ecosistema sellado de salmuera. Otro resultado sorprendente del análisis del material era la mezcla de especies oxidadas y reducidas como el nitrato, nitrito o amonio que junto con el hierro y el carbono orgánico disuelto estarían presentes en niveles altos.

La salmuera de Lago Vida es rica en evidencia de vida microbiana, dominada por las bacterias y proteobacterias. Esta es una diversidad bastante grande para un ambiente de salmuera a baja temperatura, pero puede no ser un buen análogo biológico para Encelado.

Diferencias y/o similitudes que nos encontramos:

Las arqueas metanogénicas, que se espera sean un organismo análogo útil para la base de cualquier ecosistema microbiano presente en Encelado, comprenden una fracción insignificante de los organismos detectados en la salmuera del Lago Vida y el metano solo se encuentra en niveles traza.

Pero lo más sorprendente son las altas concentraciones de perclorato y debido a esto la proporción de nitrato a perclorato (~ 103) es más baja que en cualquier otro lugar de la Tierra, excepto el desierto de Atacama (los valores típicos de la proporción de nitrato a perclorato en la Tierra oscilan entre 104 y 105).

El perclorato y el nitrato se habrían utilizado hace mucho tiempo para oxidar material orgánico, haciendo que su presencia junto con niveles relativamente altos de carbono orgánico sea interesante, pero difícil de explicar. Por otro lado; los altos niveles de compuestos de nitrógeno disuelto y gaseoso, hierro e hidrógeno, sugieren que pueden ocurrir reacciones de roca-agua en la base de la salmuera, produciendo hidrógeno y manteniendo el desequilibrio redox.

No se entiende cómo funciona esto, y también se desconoce la velocidad de tales reacciones a las bajas temperaturas, pero si se confirma dicha fuente de hidrógeno y está desempeñando un papel en el mantenimiento de la mezcla redox en la salmuera de Lago Vida, esto puede tener implicaciones interesantes para la química y la habitabilidad del océano en Encelado.

El lago Untersee, también en la Antártida

Es un lago ultraoligotrófico ubicado a –71.342 °, 13.473 ° en Dronning Maud Land, en la región al sur de África. Este lago ocupa una cuenca represada por el término del glaciar Anuchin. El lago está a 563 m sobre el nivel del mar, con un área de 11.4 km2, y ~ 100 m de profundidad.

El Metano y otros productos biogénicos como el Amoniaco producido en la parte inferior se difunden hacia arriba a través de la columna de agua estancada en el canal anóxico. No hay fuentes o sumideros para estos gases biogénicos hasta que alcanzan la capa rica en oxígeno y se consumen por oxidación microbiana. Esta oxidación comienza a unos 80 m de profundidad y se completa a ~ 75 m de profundidad.

Con la excepción de la capa de oxidación, este es un modelo en miniatura de la situación hipotetizada para Encelado basada en la detección de hidrógeno y dióxido de carbono (así como Metano) en el penacho. Se presume que un supuesto ecosistema metanogénico en Encelado podría estar operando en la interfaz entre un núcleo y el océano. El hidrógeno liberado de las reacciones en el núcleo se lleva hacia afuera y sería consumido por los metanógenos utilizando dióxido de carbono de la columna de agua, análogo al fondo de la zona anóxica en el lago Untersee.

Diferencias y/o similitudes que nos encontramos:

Las esteras microbianas fotosintéticas carecen de carbono y absorben dióxido de carbono. Se ha demostrado que el consumo de dióxido de carbono por los fotótrofos puede hacer que el pH sea tan alto cuando hay un intercambio limitado de gases con la atmósfera. Por lo tanto, el alto pH en el lago Untersee parece ser un efecto biológico.

Si bien es probable que la fotosíntesis no sea un nicho viable en Encelado, es importante considerar cómo diversos procesos biológicos pueden mediar los parámetros ambientales, como el pH. El hidrógeno es una probable molécula de ‘combustible’ en Encelado y los metanógenos podrían ser sus principales productores.

La mayor parte de la biosfera de la superficie y del subsuelo en la Tierra se basa, en última instancia, en la fotosíntesis directamente o en la descomposición heterotrófica del material orgánico producido en la superficie, que generalmente reacciona con el oxígeno producido desde la superficie. Esto no es relevante para el subsuelo de mundos que no tienen biosfera de superficie u otra fuente de oxidantes.

Notiespartano

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