Los científicos diseñan un nuevo plan para estudiar la roca más emocionante de Marte

La roca más interesante conocida por la ciencia es un trozo de lutita del tamaño de un pupitre de escuela actualmente atrapado en Marte.

Formada a partir de finos sedimentos lavados con agua en el fondo de un lago perdido hace mucho tiempo (hace unos 3.500 millones de años, cuando Marte era un mundo más cálido y húmedo), la roca fue encontrada en 2024 por científicos que utilizaron el rover Perseverance de la NASA para explorar lo que ahora se conoce como cráter Jezero. Apodada Cheyava Falls, la lutita llamó la atención de los investigadores porque su superficie estaba salpicada de extrañas motas y manchas en forma de anillo, a las que se referían como semillas de amapola y manchas de leopardo. También descubrieron que estaba lleno de materia orgánica: compuestos químicos de carbono, la piedra angular elemental de la biología tal como la conocemos.

Las rocas ricas en materia orgánica aquí en la Tierra a veces contienen características similares, que tienden a ser creadas por vida microbiana. Y después de minuciosos estudios de seguimiento con el rover, el equipo de Perseverance anunció a principios de este año que los antiguos microbios alienígenas también podrían ser la mejor explicación para las manchas y semillas de la roca marciana.

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Para saber con seguridad si las cataratas Cheyava son prueba de vida pasada en Marte (o, en cambio, simplemente una extraña peculiaridad de la química orgánica sin vida), los astrobiólogos quieren traer parte de la roca a la Tierra para estudiarla más de cerca. Pero el programa internacional liderado por la NASA para hacer precisamente eso, conocido como Mars Sample Return (MSR), está en un limbo político, acosado por costos crecientes y un apoyo federal debilitado. Incluso si MSR sigue adelante según lo planeado, las muestras de las cataratas Cheyava y otros materiales marcianos obtenidas con tanto esfuerzo por Perseverance no llegarían antes de 2040.

No contentos con quedarse de brazos cruzados, un grupo de científicos organizado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA está siguiendo un audaz plan B. En lugar de esperar a que pedazos de las cataratas Cheyava lleguen a la Tierra, los investigadores intentarán cultivar las características más misteriosas de la roca por sí mismos en lutitas cuidadosamente seleccionadas o fabricadas. Al someter estos simulacros (algunos de los cuales portarán microbios terrestres, mientras que otros serán horneados y esterilizados lentamente) a condiciones de laboratorio que imitan lo que se conoce del Marte primitivo, el equipo espera aprender cómo las cataratas Cheyava obtuvieron realmente sus manchas.

“Haga su mejor conjetura sobre lo que había en el barro. Haga su mejor conjetura sobre cuál es la naturaleza de la materia orgánica. Revuélvalos juntos, deje que todo se asiente en el fondo y observe lo que sucede”, dice Joel Hurowitz, geocientífico de la Universidad Stony Brook y miembro del equipo científico de Perseverance, que está familiarizado con el trabajo.

Este enfoque no podrá probar ni refutar definitivamente la existencia de vida pasada en Marte. Pero al trazar todas las formas imaginables de crear semillas y manchas en un laboratorio, los científicos pueden determinar si es más probable que las características evidentes en las cataratas Cheyava se hayan creado con microbios o sin ellos.

Cocinar semillas de amapola y manchas de leopardo

El universo le debe mucho al comportamiento de los electrones. Ya sea que estemos hablando de la muerte explosiva de estrellas, la formación de planetas, el clima o los bichos que viven debajo de él, los electrones a menudo impulsan la química que hace que las cosas sucedan.

Un tipo particularmente importante de drama químico se conoce como reacción de oxidación-reducción o redox. La oxidación implica la pérdida de electrones, mientras que la reducción es la ganancia de electrones. Las reacciones redox ocurren en todas partes, todo el tiempo, en todo tipo de entornos, y son esenciales para el funcionamiento normal de los seres vivos, ya que permiten a los organismos obtener energía, mantener las operaciones celulares básicas e incluso protegerse de peligros externos.

Nadie esperaba ver criaturas fosilizadas, ni siquiera cadáveres microbianos necesariamente preservados, en la superficie de Marte. Pero encontrar rastros de evidencia de reacciones redox impulsadas biológicamente era mucho más plausible, y el afloramiento de las cataratas Cheyava (y su entorno más amplio) es un lugar casi perfecto para buscar.

“Registran un entorno antiguo y habitable”, dice Sanjeev Gupta, científico terrestre del Imperial College de Londres y miembro del equipo del rover Perseverance. Dentro de él, Perseverance recogió una gran cantidad de material orgánico. También vio pequeños nódulos y rasgos más grandes en forma de halo: las semillas de amapola y las manchas de leopardo, respectivamente. Tanto las semillas de amapola como las manchas de leopardo son los grafitis que deja el movimiento redox de los electrones.

Las semillas de amapola contienen una forma reducida de hierro, Fe (II), que se encuentra en un mineral llamado vivianita (que se ve como motas negras). El Fe (II) se produce cuando el Fe (III) preexistente gana un electrón. Fe (III), la versión oxidada de este hierro, se encontró dentro de los lodos originales de Cheyava Falls.

Las manchas de leopardo también tienen Fe (II) en dos formas minerales diferentes: vivianita (que aparece como bordes oscuros) y greigita (que se encuentra dentro del interior de las manchas). Las manchas también contienen sulfuros, una forma reducida de sulfatos preexistentes que también se encuentra en los lodos de Cheyava Falls; los sulfuros también forman parte del mineral greigita.

Las semillas y las manchas son esencialmente “una reacción química fosilizada”, dice Gupta. Y cualquier experimento en la Tierra que espere recrearlos tomará una de dos vías posibles: una que despliegue microbios y otra que no.

Primero, veamos las opciones no biológicas. Una forma de convertir Fe(III) y sulfatos en Fe(II) y sulfuros es calentar los ingredientes que se encuentran en esos lodos y esperar. “Esa es una reacción que puede ocurrir sin vida. Pero es increíblemente lenta”, dice Michael Tice, geobiólogo de la Facultad de Artes y Ciencias de Texas A&M y miembro del equipo científico de Perseverance. Y por lento quiere decir potencialmente millones de años.

Una buena analogía es el azúcar y el oxígeno. Los dos pueden reaccionar para liberar abundante energía química, pero el calor fuerte y sostenido es lo que realmente hace que eso suceda. El azúcar no reacciona mucho con el oxígeno simplemente si se encuentra en la mesa de la cocina. De manera similar, no obtendría las características de las cataratas Cheyava a menos que hornee los lodos originales a altas temperaturas: 150 grados Celsius o más. Sin embargo, el rover Perseverance de la NASA no ha descubierto evidencia de tal cocción en las cataratas Cheyava, y parece que las semillas y las manchas se crearon poco después de que se depositara el barro.

Ahora veamos la ruta microbiana. Si, en cambio, esa lutita se hubiera formado a partir del lecho de un lago en la Tierra, uno esperaría que los microbios predominantes “consumieran” la materia orgánica y obtuvieran energía de manera efectiva a partir de la reducción de Fe (III) y los sulfatos. Esto sucedería relativamente rápido porque los microbios terrestres despliegan potentes enzimas que alivian los umbrales energéticos de la reacción; no se requiere cocina a alta temperatura. Y “es exactamente donde se esperaría que vivieran los microbios”, dice Gupta.

Susurra: según la evidencia actual, parece más probable que los microbios hayan creado estas semillas y manchas que la actividad geológica. Pero el problema es que las dos vías químicas “comienzan con los mismos reactivos y terminan con los mismos productos”, dice Morgan Cable, científico investigador del grupo de Estudios de Laboratorio del JPL y miembro del equipo científico de Perseverance. “La reacción es esencialmente la misma. Ahí es donde se vuelve complicado”.

Alquimia de laboratorio

Gracias al reconocimiento orbital de las naves espaciales y a la verificación en tierra de los rovers, ya tenemos una idea bastante clara de cómo era el cráter Jezero en sus felices días hace eones. Según los estándares marcianos, era un paraíso acuático, con agua fluyendo a través de canales para formar y alimentar un lago en el cráter, acumulando extensos deltas de sedimentos arrastrados, todo bajo un cielo más cálido y denso, rico en dióxido de carbono. Sorprendentemente, los científicos pueden recrear partes de este reino pasado en sus laboratorios de última generación.

Las cámaras de prueba pueden mantenerse a las temperaturas adecuadas para simular las condiciones marcianas y pueden llenarse con innumerables mezclas de gases para reproducir las presiones y composiciones atmosféricas que prevalecieron en el planeta en su pasado profundo. Las lutitas sintéticas preparadas a medida en laboratorios o compradas prefabricadas pueden incorporar varias recetas informadas por las mediciones de Perseverance, con cantidades fluctuantes de oxígeno, materia orgánica, acidez, salinidad, etc.

Con el tiempo, a medida que estos simulacros se desarrollan en diferentes condiciones ambientales, los científicos atentos pueden ver lo que sucede y adaptarse en consecuencia para explorar el paisaje verdaderamente vasto de posibilidades. Para bien o para mal, “la variedad de experimentos a realizar es infinita”, dice Hurowitz.

En la Tierra, la vida es famosa por llegar a todas partes. El calor puede garantizar que ciertas lutitas se esterilicen, dice Cable, de manera similar a cómo se puede hervir el agua para desactivar cualquier insecto microscópico. Pero no se pueden simplemente flamear las lutitas, ya que eso también alteraría su química inicial similar a la de Marte.

Un método más suave y probado de destrucción de microorganismos se conoce como reducción microbiana por calor seco o DHMR. “Así es como esterilizamos las naves espaciales”, dice Cable. Las cosas no se pondrían muy calientes con este método; en cambio, las lutitas se calentarían gradualmente en condiciones secas durante cientos de horas. “Eso normalmente mata o desactiva la mayoría de las formas de vida, incluidas las esporas bacterianas”, dice. Para estar seguros, los experimentadores que utilizan esta técnica pueden analizar continuamente el suelo supuestamente estéril para asegurarse de que no queden microbios en él.

Para los experimentos deliberadamente biológicos, el equipo del JPL tiene muchas opciones para elegir. Se pueden encontrar patrones de reacción mediados por microbios que se asemejan a las semillas de amapola y las manchas de leopardo en toda la Tierra, donde a menudo todavía están asociados con los diversos ecosistemas microbianos que los produjeron. “Los encontrarías en el barro, bajo el agua”, dice Hurowitz, tanto en el presente como en el pasado lejano, desde sedimentos marinos recién depositados frente a las costas de Taiwán hasta rocas extremadamente antiguas en Escocia. Cualquiera que sea la fuente terrestre, el equipo simplemente necesita inocular algunas de sus lutitas similares a Marte con microbios capaces de atiborrarse rapazmente de Fe (III) y sulfatos y provocar un auge demográfico.

“Empezaremos por ahí y veremos adónde nos llevan estas reacciones”, dice Cable. “Vamos a caer en tantas madrigueras de conejos diferentes”. Además de tratar de hacer aparecer las semillas de amapola y las manchas de leopardo en rocas frescas, el equipo también quiere saber cómo evitar que crezcan en primer lugar.

La reducción del Fe (III) produce más energía que la reducción de los sulfatos. Pero si los microbios estaban involucrados, pasaron de la reducción de Fe (III) (produciendo el mineral vivianita) a la reducción de sulfato (produciendo el mineral greigita). No está claro por qué, pero es ciertamente extraño: los científicos esperarían que los insectos hambrientos prefirieran alimentos más ricos en energía, entonces, ¿por qué dejarían los “dulces” de Fe (III) intactos y en su lugar comerían “brócoli” con sulfato? Estos experimentos podrían ofrecer respuestas y imponer limitaciones a los tipos de microbios (y brebajes químicos antiguos) que pueden haber estado presentes en Marte hace 3.500 millones de años.

Los científicos de Perseverance esperan que su trabajo eventualmente produzca semillas de amapola y manchas de leopardo, con y sin ayuda de la vida. Pero las condiciones ambientales que conducen a ambos probablemente serán radicalmente diferentes. Luego, los investigadores pueden volver a centrarse en Perseverance, todavía deslizándose por Jezero, para intentar olfatear otras rocas cercanas que tengan coincidencias geoquímicas más cercanas con cualquier lutita que hayan conseguido para que broten las motas reveladoras, ya sea con biología o sin ella.

Idealmente, el rover encontrará otro sitio interesante y descubrirá indicios tentadores adicionales de vida marciana antigua. “No se quiere sólo una línea de evidencia. Se quiere algo completamente independiente que apunte en la misma dirección”, dice Tice.

Pero las cataratas Cheyava por sí solas ya son emocionantes para el equipo científico de Perseverance. Encontrarlo fue la parte fácil. “Ahora comienza el trabajo duro”, dice Hurowitz.