La fosfina se encuentra entre las más apestosas, la mayoría de los gases tóxicos de la Tierra, encontrado en algunos de los lugares más sucios, incluyendo montones de estiércol de pingüino, las profundidades de pantanos y ciénagas, e incluso en las entrañas de algunos tejones y peces. Este pútrido "gas de los pantanos" también es altamente inflamable y reactivo con las partículas de nuestra atmósfera.

La mayor parte de la vida en la Tierra específicamente todos aeróbicos, vida que respira oxígeno, no quiere tener nada que ver con la fosfina, ni producirlo ni depender de él para sobrevivir.

Ahora, los investigadores del MIT han descubierto que la fosfina es producida por otro, forma de vida menos abundante:organismos anaeróbicos, como bacterias y microbios, que no requieren oxígeno para prosperar. El equipo descubrió que la fosfina no se puede producir de ninguna otra manera, excepto por estos extremos, organismos reacios al oxígeno, haciendo de la fosfina una biofirma pura, un signo de vida (al menos de cierto tipo).

En un artículo publicado recientemente en la revista Astrobiología , los investigadores informan que si la fosfina se produjera en cantidades similares al metano en la Tierra, el gas generaría un patrón característico de luz en la atmósfera de un planeta. Este patrón sería lo suficientemente claro como para detectarlo desde una distancia de hasta 16 años luz con un telescopio como el planeado telescopio espacial James Webb. Si se detecta fosfina en un planeta rocoso, sería un signo inconfundible de vida extraterrestre.

"Aquí en la tierra, el oxígeno es un signo de vida realmente impresionante, "dice la autora principal Clara Sousa-Silva, un científico investigador en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Pero otras cosas, además de la vida, también producen oxígeno. Es importante considerar moléculas más extrañas que podrían no producirse con tanta frecuencia, pero si los encuentras en otro planeta, sólo hay una explicación ".

Los coautores del artículo incluyen a Sukrit Ranjan, Janusz Petkowski, Zhuchang Zhan, William Bains, y Sara Seager, el Profesor de la Tierra de la Clase de 1941, Atmosférico, y Ciencias Planetarias en el MIT, así como Renyu Hu en Caltech.

Vientres gigantes

Sousa-Silva y sus colegas están reuniendo una base de datos de huellas dactilares de moléculas que podrían ser biofirmas potenciales. El equipo ha acumulado más de 16, 000 candidatos, incluida la fosfina. La gran mayoría de estas moléculas aún no se han caracterizado por completo, y si los científicos detectaran alguno de ellos en la atmósfera de un exoplaneta, todavía no sabrían si las moléculas eran un signo de vida o algo más.

Pero con el nuevo artículo de Sousa-Silva, los científicos pueden confiar en la interpretación de al menos una molécula:la fosfina. La principal conclusión del artículo es que, si se detecta fosfina en una zona cercana, planeta rocoso, ese planeta debe albergar algún tipo de vida.

Los investigadores no llegaron a esta conclusión a la ligera. Durante los últimos 10 años, Sousa-Silva ha dedicado su trabajo a caracterizar completamente la falta, gas venenoso, primero, descifrando metódicamente las propiedades de la fosfina y cómo se distingue químicamente de otras moléculas.

En los 1970s, Se descubrió fosfina en las atmósferas de Júpiter y Saturno, gigantes gaseosos inmensamente calientes. Los científicos supusieron que la molécula se unió espontáneamente dentro de los vientres de estos gigantes gaseosos y, como describe Sousa-Silva, "dragado violentamente por enorme, tormentas convectivas del tamaño de un planeta ".

Todavía, no se sabía mucho sobre la fosfina, y Sousa-Silva dedicó su trabajo de posgrado en la University College of London a precisar la huella digital espectral de la fosfina. De su trabajo de tesis, Clavó las longitudes de onda de luz exactas que la fosfina debería absorber, y eso faltaría en cualquier dato atmosférico si el gas estuviera presente.

Durante su doctorado, empezó a preguntarse:¿se podría producir fosfina no solo en los entornos extremos de los gigantes gaseosos, sino también por la vida en la Tierra? En el MIT, Sousa-Silva y sus colegas comenzaron a responder esta pregunta.

"Así que comenzamos a recopilar todas las menciones sobre la detección de fosfina en cualquier lugar de la Tierra, y resulta que en cualquier lugar donde no haya oxígeno hay fosfina, como pantanos y marismas y sedimentos lacustres y pedos e intestinos de todo, "Dice Sousa-Silva." De repente, todo esto tuvo sentido:es una molécula realmente tóxica para cualquier cosa a la que le guste el oxígeno. Pero para la vida a la que no le gusta el oxígeno parece ser una molécula muy útil ".

"Nada más que la vida"

La comprensión de que la fosfina está asociada con la vida anaeróbica fue una pista de que la molécula podría ser una firma biológica viable. Pero para estar seguro el grupo tuvo que descartar cualquier posibilidad de que la fosfina pudiera ser producida por cualquier otra cosa que no fuera la vida. Para hacer esto, pasaron los últimos años procesando muchas especies de fósforo, bloque de construcción esencial de la fosfina, a través de un exhaustivo, análisis teórico de las vías químicas, bajo escenarios cada vez más extremos, para ver si el fósforo podría convertirse en fosfina de cualquier forma abiótica (es decir, que no genera vida).

La fosfina es una molécula formada por un átomo de fósforo y tres átomos de hidrógeno, que normalmente no prefieren juntarse. Se necesita una enorme cantidad de energía, como en los ambientes extremos dentro de Júpiter y Saturno, aplastar los átomos con la fuerza suficiente para superar su aversión natural. Los investigadores trabajaron las vías químicas y la termodinámica involucradas en múltiples escenarios en la Tierra para ver si podían producir suficiente energía para convertir el fósforo en fosfina.

"En algún momento, buscamos mecanismos cada vez menos plausibles, como si las placas tectónicas se frotaran entre sí, ¿Podrías obtener una chispa de plasma que generara fosfina? O si un rayo cayera en algún lugar que tuviera fósforo, o un meteoro tenía un contenido de fósforo, ¿Podría generar un impacto para producir fosfina? Y pasamos por varios años de este proceso para descubrir que nada más que la vida produce cantidades detectables de fosfina ".

Fosfina ellos encontraron, no tiene falsos positivos significativos, lo que significa que cualquier detección de fosfina es un signo seguro de vida. Luego, los investigadores exploraron si la molécula podría detectarse en la atmósfera de un exoplaneta. Simularon las atmósferas de idealizado, pobre en oxígeno, exoplanetas terrestres de dos tipos:atmósferas ricas en hidrógeno y ricas en dióxido de carbono. Introdujeron en la simulación diferentes tasas de producción de fosfina y extrapolaron cómo se vería el espectro de luz de una atmósfera dada dada una cierta tasa de producción de fosfina.

Descubrieron que si la fosfina se producía en cantidades relativamente pequeñas equivalentes a la cantidad de metano que se produce hoy en la Tierra, produciría una señal en la atmósfera que sería lo suficientemente clara como para ser detectada por un observatorio avanzado como el próximo telescopio espacial James Webb, si ese planeta estuviera a 5 parsecs, oa unos 16 años luz de la Tierra, una esfera del espacio que cubre una multitud de estrellas, probablemente albergue planetas rocosos.

Sousa-Silva dice que, además de establecer la fosfina como una firma biológica viable en la búsqueda de vida extraterrestre, los resultados del grupo proporcionan una canalización, o proceso a seguir por los investigadores para caracterizar cualquier otro de los otros 16, 000 candidatos a biofirma.

"Creo que la comunidad debe invertir en filtrar a estos candidatos en algún tipo de prioridad, ", dice." Incluso si algunas de estas moléculas son balizas realmente tenues, si podemos determinar que solo la vida puede enviar esa señal, entonces siento que es una mina de oro ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.