Podemos ser capaces de encontrar microbios en el espacio, pero si lo hiciéramos, ¿Podríamos decir cuáles eran? y que estaban vivos?

Este mes la revista Astrobiología publica un número especial dedicado a la búsqueda de signos de vida en Encelado, la luna helada de Saturno. Se incluye un artículo de Jay Nadeau y sus colegas de Caltech que ofrece evidencia de que una técnica llamada microscopía holográfica digital, que utiliza láseres para grabar imágenes en 3-D, puede ser nuestra mejor apuesta para detectar microbios extraterrestres.

Ninguna sonda desde el programa Viking de la NASA a fines de la década de 1970 ha buscado explícitamente vida extraterrestre, es decir, para organismos vivos reales. Bastante, la atención se ha centrado en encontrar agua. Encelado tiene mucha agua, el valor de un océano, escondido debajo de un caparazón helado que recubre toda la superficie. Pero incluso si la vida existe allí de alguna manera microbiana, la dificultad para los científicos en la Tierra es identificar esos microbios a 790 millones de millas de distancia.

"Es más difícil distinguir entre un microbio y una mota de polvo de lo que parece, "dice Nadeau, profesor investigador de ingeniería médica y aeroespacial en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Tienes que diferenciar entre el movimiento browniano, que es el movimiento aleatorio de la materia, y lo intencional, movimiento autodirigido de un organismo vivo ".

Encelado es la sexta luna más grande de Saturno, y es 100, 000 veces menos masivo que la Tierra. Como tal, Encelado tiene una velocidad de escape, la velocidad mínima necesaria para que un objeto en la luna escape de su superficie, de solo 239 metros por segundo. Eso es una fracción de la de la Tierra, que es un poco más de 11, 000 metros por segundo.

La minúscula velocidad de escape de Encelado permite un fenómeno inusual:enormes géiseres, expulsando vapor de agua a través de las grietas del caparazón helado de la luna, salen disparados regularmente al espacio. Cuando la sonda de Saturno Cassini sobrevoló Encelado en 2005, detectó columnas de vapor de agua en la región del polo sur que lanzaban partículas heladas a casi 2, 000 kilómetros por hora a una altitud de casi 500 kilómetros sobre la superficie. Los científicos calcularon que en cada columna se liberaban hasta 250 kilogramos de vapor de agua por segundo. Desde esas primeras observaciones, se han avistado más de cien géiseres. Se cree que esta agua repone el diáfano anillo E de Saturno, que de otro modo se disiparía rápidamente, y fue objeto de un reciente anuncio de la NASA que describe a Encelado como un "mundo oceánico" que es lo más cerca que ha estado la NASA de encontrar un lugar con los ingredientes necesarios para la habitabilidad.

El agua que sale al espacio ofrece una oportunidad única, dice Nadeau. Si bien aterrizar sobre un cuerpo extraño es difícil y costoso, una opción más barata y sencilla podría ser enviar una sonda a Encelado y pasarla a través de los chorros, donde recolectaría muestras de agua que posiblemente podrían contener microbios.

Suponiendo que una sonda lo hiciera, abriría algunas preguntas para ingenieros como Nadeau, que estudia microbios en ambientes extremos. ¿Podrían los microbios sobrevivir a un viaje en uno de esos aviones? Si es así, ¿Cómo podría una sonda recolectar muestras sin destruir esos microbios? Y si se recogen muestras, ¿cómo podrían identificarse como células vivas?

El problema de buscar microbios en una muestra de agua es que pueden ser difíciles de identificar. "Lo más difícil de las bacterias es que simplemente no tienen muchas características celulares, ", Dice Nadeau. Las bacterias suelen tener forma de gota y siempre son pequeñas, de diámetro más pequeño que un mechón de cabello". A veces, es muy difícil distinguir entre ellas y los granos de arena, "Dice Nadeau.

Algunas estrategias para demostrar que una mota microscópica es en realidad un microbio vivo implican buscar patrones en su estructura o estudiar su composición química específica. Si bien estos métodos son útiles, deben usarse junto con observaciones directas de microbios potenciales, Dice Nadeau.

"Observar los patrones y la química es útil, pero creo que debemos dar un paso atrás y buscar características más generales de los seres vivos, como la presencia de movimiento. Es decir, si ve una E. coli, sabes que está vivo y no decir, un grano de arena, debido a la forma en que se mueve, ", dice. En trabajos anteriores, Nadeau sugirió que el movimiento exhibido por muchos organismos vivos podría potencialmente ser utilizado como un robusto, biofirma independiente de la química para la vida extraterrestre. El movimiento de los organismos vivos también puede activarse o potenciarse "alimentando" a los microbios con electrones y viéndolos crecer más activos.

Para estudiar el movimiento de microbios potenciales de las plumas de Encelado, Nadeau propone usar un instrumento llamado microscopio holográfico digital que ha sido modificado específicamente para astrobiología.

En microscopía holográfica digital, un objeto se ilumina con un láser y se mide la luz que rebota en el objeto y vuelve a un detector. Esta luz dispersa contiene información sobre la amplitud (la intensidad) de la luz dispersa, y sobre su fase (una propiedad separada que se puede usar para decir qué tan lejos viajó la luz después de que se dispersó). Con los dos tipos de información, una computadora puede reconstruir una imagen tridimensional del objeto, una que puede mostrar movimiento a través de las tres dimensiones.

"La microscopía holográfica digital le permite ver y rastrear incluso los movimientos más pequeños, "Dice Nadeau. Además, al marcar microbios potenciales con tintes fluorescentes que se unen a amplias clases de moléculas que probablemente sean indicadores de vida:proteínas, azúcares lípidos y ácidos nucleicos:"se puede saber de qué están hechos los microbios, " ella dice.

Para estudiar la utilidad potencial de la tecnología para analizar muestras extraterrestres, Nadeau y sus colegas obtuvieron muestras de agua helada del Ártico, que está escasamente poblado de bacterias; los que están presentes se vuelven lentos por las bajas temperaturas.

Con microscopía holográfica, Nadeau pudo identificar organismos con densidades de población de solo 1, 000 células por mililitro de volumen, similar a lo que existe en algunos de los entornos más extremos de la Tierra, como los lagos subglaciares. Para comparacion, el océano abierto contiene alrededor de 10, 000 células por mililitro y un estanque típico puede tener entre 1 y 10 millones de células por mililitro. Ese bajo umbral de detección junto con la capacidad del sistema para probar muchas muestras rápidamente (a una velocidad de aproximadamente un mililitro por hora) y sus pocas partes móviles, lo hace ideal para astrobiología, Dice Nadeau.

Próximo, el equipo intentará replicar sus resultados utilizando muestras de otras regiones pobres en microbios de la Tierra, como la Antártida.