Este artículo fue publicado originalmente en la conversación. La publicación contribuyó con el artículo a las voces expertas de Space.com: Op-Ed e Insights.
Desde la distancia, la biosfera 2 emerge de los cactus y la creosota del desierto de Sonora como un reluciente oasis, una colonia de vidrio y estructuras blancas brillantes. A pesar de estar a las afueras de Tucson, Arizona, se ve casi como una colonia en otro planeta.
Cuando uno de los 100,000 visitantes anuales de la instalación entra dentro, ven un mundo entero, desde una selva tropical, brillante en 50 tonos de verde y repleto de vida, hasta un océano experimental en miniatura. Hacia el final de la gira, el visitante llega a un experimento relativamente de aspecto árido llamado Observatorio de Evolución del Paisaje, donde la vida está luchando por establecerse en la roca volcánica aplastada originalmente arrojada de un antiguo volcán Arizonan.
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Son estas pendientes de rocas, donde la vida está colonizando y transformando un paisaje difícil, que nuestro equipo cree que son la clave del futuro de la humanidad, tanto en la Tierra como en otros mundos.
La biosfera 2 se hizo famosa por primera vez como el experimento humano de la década de 1990 que selló a un grupo de ocho investigadores dentro de sus 3 acres de diversos ecosistemas durante dos largos años. El objetivo era experimentar con la viabilidad de un sistema ecológico cerrado para mantener la vida humana en el espacio exterior. Hoy, nosotros, un ecologista de cambio global, un astrónomo y un estudiante de doctorado especializado en biogeoquímica microbiana, junto con nuestro equipo de colegas, hemos convertido la Biosfera 2 en una cama de prueba para comprender cómo la vida transforma los paisajes, desde áreas locales hasta planetas enteros.
Esperamos usar lo que aprendemos para ayudar a preservar la biodiversidad, el acceso al agua dulce y la seguridad alimentaria. Para abordar estos problemas, debemos comprender cómo el suelo, las rocas, el agua y los microbios juntas impulsan la transformación de los paisajes, desde las escalas locales a planetarias.
Más allá de la tierra, estos mismos principios se aplican al desafío de la terraformación: la ciencia de hacer que otros mundos sean habitables.
Cómo la vida en la tierra afecta la tierra
La vida no solo se sienta en la superficie de la tierra. Los organismos afectan profundamente la geología del planeta, así como la composición de la atmósfera. La biología puede transformar entornos estériles en ecosistemas habitables.
Esto sucedió con la evolución de las cianobacterias, los primeros organismos microscópicos en usar fotosíntesis productor de oxígeno. Las cianobacterias bombearon oxígeno a la atmósfera de 2 mil millones a 3 mil millones de años.
El oxígeno atmosférico, a su vez, permitió un nuevo metabolismo sobrealimentado de la vida llamado respiración aeróbico u oxígeno. La respiración aeróbica produjo tanta energía que se convirtió en la forma dominante para que los organismos hagan la energía necesaria para la vida, lo que eventualmente hace posible la vida multicelular.
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Además, el oxígeno producido por las cianobacterias fotosintisorizantes también llegó a la atmósfera superior, formando otro tipo de oxígeno conocido como ozono, que, al proteger la superficie de la Tierra, a la esterilización de la radiación ultravioleta, permitió que la vida se expandiera a la tierra.
La biología nuevamente transformó el planeta cuando la vida que se expandió a la tierra hace 400 millones de años dio un impulso biológico al proceso químico y geológico conocido como meteorización. La meteorización ocurre cuando el dióxido de carbono en la atmósfera reacciona químicamente con material en la superficie de la Tierra, como rocas, minerales y agua, para crear suelos imbuidos de nutrientes que pueden apoyar plantas y otros organismos vivos.
En la tierra, la meteorización fue impulsada por primera vez por procesos puramente físicos y químicos. Sin embargo, una vez que las plantas se expandieron de los océanos a la tierra, sus raíces inyectaron dióxido de carbono directamente en el suelo donde las reacciones de meteorización eran más fuertes. Este proceso absorbió dióxido de carbono de la atmósfera. Los niveles más bajos de dióxido de carbono en la atmósfera se enfriaron la tierra, convirtiendo un planeta de casco en uno con un clima más templado, como el que disfruta la vida de hoy.
Cómo los organismos colonizan nuevos paisajes
Cuando Life coloniza un paisaje nuevo y previamente árido, inicia el proceso de sucesión primaria. En este proceso, los primeros organismos biológicos, microbios simples, se expanden a comunidades interactivas hechas de diferentes tipos de organismos, que aumentan en la complejidad y la biodiversidad a medida que cambian y se adaptan para adaptarse a su nuevo entorno.
Estos microbios reaccionan con el aire y la roca a través de la fotosíntesis y la respiración para producir moléculas orgánicas llamadas metabolitos. Los metabolitos pueden alterar el suelo, lo que le permite apoyar plantas más grandes. Las plantas más grandes que emergen tienen estructuras complejas como raíces y hojas que regulan el flujo de agua, y contribuyen a la meteorización. Finalmente, los humanos pueden domesticar algunas de estas plantas para cultivos alimenticios.
El Observatorio de Evolución del Paisaje de Biosfera 2 es ideal para el estudio cuidadoso de cómo la meteorización y la sucesión primaria funcionan juntos. Esos procesos ocurren a escala molecular pequeña pero surgen como importantes solo en grandes áreas.
El Observatorio de Evolución del Paisaje tiene ambas laderas más grandes que cualquier experimento en el mundo y los suelos de rocas trituradas que son más simples y uniformes que casi cualquier entorno natural. Estas características significan que las mediciones moleculares son consistentes y comprensibles, incluso en diferentes lugares de la ladera más grande.
El Observatorio está compuesto por tres laderas que cubren 300 yardas cuadradas que parecen tres macetas gigantes en forma de bandeja e inclinadas hechas de acero, llenas de roca triturada en lugar de suelo fértil. La lluvia que cae sobre ellos se remoja a la superficie y fluye por la inclinación para driblar a lo largo del borde inferior, donde se captura y se mide cuidadosamente por su contenido químico y biológico.
Estamos utilizando herramientas biológicas para comprender cómo los microbios y las plantas simples terminan extendiéndose a través de las laderas de roca de roca más grande, originalmente desnuda y triturada. Estas técnicas incluyen metagenómica, que pueden identificar todas las formas de vida microbianas en una ladera, y metabolómica, que pueden observar las moléculas orgánicas que los microbios y las plantas producen y usan en sus interacciones entre sí y sus alrededores.
Al armar todo esto, vemos que las colonias de bacterias fotosintetizantes inician la sucesión en el Observatorio de Evolución del Panorzo. Críticamente, estas cianobacterias, descendientes de esos mismos organismos que dieron oxígeno de la tierra, capturan el nutriente esencial, el nitrógeno, del aire. La acumulación de nitrógeno allana el camino para que los musgos, plantas simples sin raíces) se unan a ellos.
Estas comunidades de bacterias-MOSS ahora se están extendiendo gradualmente por las laderas del observatorio, preparando el camino para la siguiente fase: colonización por plantas más grandes con raíces.
Al aprender cómo se establece la vida y luego prospera en paisajes sin vida, obtendremos información para abordar los problemas clave que los científicos enfrentan hoy. Por ejemplo, cuando las formas de vida en un nuevo paisaje se extienden y se diversifican con éxito, nos dicen cómo se conserva la biodiversidad.
Cuando esos organismos que se propagan transforman la forma en que un paisaje usa agua, nos dan lecciones sobre cómo debemos usar agua. Y cuando las plantas encuentran una manera de ser productiva en condiciones estresantes, nos dan ejemplos para aumentar nuestra propia seguridad alimentaria dependiente de la planta.
Implicaciones para Marte
La Tierra no es el único planeta donde podemos aplicar nuestros hallazgos. Hoy, Marte, a diferencia de la Tierra, es un desierto estéril y sin vida. Pero alguna vez fue más cálido, húmedo y, como la Tierra temprana, puede haber alojado organismos vivos primitivos hace varios miles de millones de años.
Mientras que la roca en el Observatorio de Evolución del Paisaje proviene de un volcán de Arizona, el basalto es el mismo tipo de roca que se encuentra en la superficie de la Luna y Marte.
Países como Estados Unidos y China planean conseguir a los humanos en Marte, y la compañía SpaceX tiene planes grandiosos para enviar un millón de colonos allí. Si los humanos alguna vez esperan cultivar plantas en la superficie del planeta rojo, aprender a crear sucesión temprana allí resultará crucial.
Antes de que la colonización de Marte pueda ocurrir a una escala grande y sostenible, el primer paso es cultivar plantas y crear alimentos para la vida humana. Es decir, debemos resolver lo que podría llamarse “Matt Damon Problem”, después del actor en la película “The Martian”. Para sobrevivir, su personaje tuvo que aprender rápidamente a cultivar cultivos alimenticios (papas) en Marte.
El personaje de Matt Damon probablemente no habría sobrevivido en el verdadero Marte de hoy, porque su superficie de roca, llamada regolito, está demasiado llena de sales y productos químicos tóxicos como perclorato para papas o la mayoría de las plantas de la tierra, para crecer.
En el Observatorio de Evolución del Paisaje, nos estamos centrando en experimentos en cámaras que simulan entornos marcianos para preguntar qué se necesitará para desintoxicar los suelos similares a Marte para que los microbios y las plantas puedan vivir allí.
Un enfoque inicial es usar bacterias reductoras de perclorato, reclutadas de entornos extremos en la Tierra, para convertir el perclorato en cloruro inofensivo.
De esta manera, los experimentos en la Biosfera 2 están informando a la ciencia de la terraformación de Marte. Junto con el progreso realizado en otras áreas, como encontrar formas de hacer que Marte sea lo suficientemente cálido como para mantener el agua líquida, restaurar ambientes estériles en la Tierra podría ser una clave para algún día vivir en Marte.
Este artículo se vuelve a publicar de la conversación bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.