Encélado, una de las lunas de Saturno, vuelve a situarse en el centro de la búsqueda científica de vida fuera de la Tierra. Dos estudios publicados el mismo día en la revista Science Advances aportan nuevos antecedentes sobre las características de su océano subterráneo y sobre la posibilidad de detectar en las partículas de hielo que llegan al espacio señales asociadas a una eventual actividad biológica.
Las investigaciones contaron con la participación del profesor Frank Postberg, científico planetario de la Universidad Libre de Berlín, y del doctor Nozair Khawaja, de la misma institución. En conjunto, los trabajos entregan dos piezas de información complementarias: una permite comprender mejor cómo se distribuyen los componentes del océano cuando son expulsados al espacio, mientras la otra muestra que determinados microorganismos terrestres pueden mantener su actividad metabólica bajo condiciones que reproducen características del ambiente de Encélado.
Un océano bajo una corteza de hielo
Los científicos consideran que bajo la superficie congelada de Encélado existe un océano global de agua líquida y, más abajo, un núcleo rocoso. La interacción entre el agua y el material del fondo es uno de los elementos que ha despertado mayor interés, debido a que podría generar reacciones químicas capaces de aportar energía a procesos biológicos.
La luna también presenta actividad criovolcánica, mediante la cual agua, vapor y partículas de hielo son expulsados a través de grietas ubicadas principalmente en su región polar sur. Estas columnas alcanzan cientos de kilómetros sobre la superficie y se proyectan directamente hacia el espacio.
Esto convierte a Encélado en un caso excepcional para la investigación planetaria: parte del material de su océano llega naturalmente al espacio, donde puede ser estudiado sin necesidad de perforar su corteza.
La sonda Cassini de la NASA atravesó esas columnas en varias oportunidades y analizó su composición. Sus instrumentos detectaron diversas sales y compuestos orgánicos y aportaron además antecedentes compatibles con la existencia de procesos hidrotermales en el fondo del océano.
En la Tierra, los ambientes hidrotermales de las profundidades marinas albergan microorganismos que pueden vivir sin luz solar y obtener energía a partir de reacciones químicas. Por eso, la posibilidad de que existan procesos similares en Encélado ha convertido a esta luna en uno de los principales objetivos de la astrobiología.
Las gotas de agua no se congelan como se pensaba
El primero de los nuevos estudios, liderado por Postberg, se concentró en un proceso que ocurre cuando el agua del océano de Encélado inicia su recorrido hacia el espacio.
Las pequeñas gotas se forman cuando burbujas cargadas de gas ascienden desde el océano y alcanzan su superficie. El vapor de agua las transporta posteriormente a través de las grietas de la corteza helada.
Hasta ahora, los investigadores consideraban que esas gotas podían congelarse prácticamente de manera instantánea. Sin embargo, el nuevo análisis, que combinó datos de Cassini, experimentos de laboratorio y modelos teóricos, indica que la congelación ocurre de manera más lenta.
Ese cambio en la comprensión del proceso tiene consecuencias importantes.
Mientras una gota se congela, los diferentes componentes que estaban disueltos en el agua comienzan a separarse entre sí. Las sales y los compuestos orgánicos, por ejemplo, no quedan distribuidos de manera uniforme en el hielo.
El proceso puede producir incluso una segregación entre diferentes tipos de sales. El cloruro de sodio, la sal común, puede separarse del carbonato de sodio durante la congelación.
Posteriormente, las gotas congeladas son aceleradas hasta alcanzar velocidades cercanas a los 1.000 kilómetros por hora. Al desplazarse por las grietas de la corteza pueden impactar contra sus paredes y fragmentarse en partículas de hielo de apenas unos micrómetros, que finalmente son expulsadas al espacio.
El resultado es particularmente interesante: cada una de esas pequeñas partículas puede contener una concentración elevada de alguno de los componentes que originalmente estaban disueltos en el océano.
“Los componentes oceánicos se separan entre sí y, simultáneamente, se concentran en partículas de hielo individuales”, explicó Postberg, quien dirigió el estudio.
Una ventaja para buscar biofirmas
Este proceso podría ser especialmente importante para la búsqueda de biofirmas, término que describe señales químicas, moléculas o restos que podrían indicar la existencia de actividad biológica.
Si en el océano de Encélado existieran microorganismos, algunos de sus componentes celulares podrían incorporarse a las gotas de agua antes de que estas fueran expulsadas al espacio.
La congelación lenta podría separar ese material de otros componentes y concentrarlo en determinadas partículas. Cuando posteriormente las gotas se fragmentan, una pequeña fracción de los granos de hielo podría contener una concentración relativamente alta de material de origen biológico.
Esto modifica una de las dificultades habituales en la búsqueda de vida extraterrestre: no necesariamente habría que analizar una gran cantidad de material mezclado para encontrar una señal. Una futura nave podría examinar individualmente numerosas partículas de la columna y buscar aquellas que presenten una composición particularmente interesante.
“Son excelentes noticias en la búsqueda de vida”, señaló Postberg. Según explicó, si una de las partículas contuviera material microbiano, las tecnologías disponibles podrían permitir identificar sus posibles biofirmas con relativa facilidad.
El laboratorio del investigador en la Universidad Libre de Berlín ya ha realizado estudios que muestran la capacidad de instrumentos especializados para detectar material celular microbiano en partículas individuales de las columnas de hielo.
¿Podrían sobrevivir microorganismos?
El segundo estudio publicado en Science Advances abordó otra cuestión: si las condiciones químicas que se esperan en el océano de Encélado podrían ser compatibles con el funcionamiento de organismos similares a algunos que existen en la Tierra.
Para investigarlo, científicos de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich reprodujeron en laboratorio características del ambiente oceánico de la luna. Entre ellas, una concentración muy baja de oxígeno, una elevada concentración de carbonato y una fuerte alcalinidad, con valores de pH entre 10 y 11.
También incorporaron condiciones que simulan la interacción hidrotermal entre el agua y el fondo rocoso del océano.
En este ambiente introdujeron Methanothermococcus okinawensis, una arquea metanógena que habita en la Tierra cerca de fuentes hidrotermales de las profundidades marinas.
Las arqueas son microorganismos distintos de las bacterias y de las células de organismos complejos. La especie utilizada en el experimento tiene además una característica especialmente relevante para Encélado: no necesita oxígeno para desarrollar su metabolismo.
El microorganismo utiliza hidrógeno y dióxido de carbono y produce metano mediante un proceso conocido como metanogénesis.
Los resultados fueron llamativos. La arquea no logró crecer en un medio de laboratorio con un pH tan elevado y sin dióxido de carbono disuelto. Sin embargo, cuando fue introducida en el ambiente que reproducía las condiciones geoquímicas de Encélado, continuó creciendo y produciendo metano.
Los investigadores observaron que el microorganismo utilizó el hidrógeno generado por las reacciones entre el agua y la roca y logró adaptar su metabolismo a las bajas concentraciones de dióxido de carbono.
No es evidencia de vida
Los resultados de ambos estudios no demuestran que exista vida en Encélado. Lo que muestran es que algunas de las condiciones que podrían existir en su océano son compatibles con procesos metabólicos conocidos en la Tierra y que, si hubiera organismos allí, sus posibles restos podrían quedar concentrados en partículas que naturalmente son expulsadas al espacio.
Para Postberg, las condiciones geoquímicas de Encélado podrían permitir el funcionamiento de uno de los sistemas metabólicos más antiguos conocidos en la Tierra, incluso en ambientes muy alcalinos.
La combinación de ambos hallazgos puede ser relevante para futuras misiones espaciales. El interés no está solamente en determinar si Encélado tiene un océano, algo que ya cuenta con abundantes antecedentes, sino en establecer si ese océano reúne condiciones que podrían sostener actividad biológica y, eventualmente, si existen señales que permitan detectarla.
Una de las iniciativas que apunta en esa dirección es la misión L4 de la Agencia Espacial Europea (ESA), actualmente en fase de planificación, que contempla la búsqueda de indicios de vida en Encélado.
Si una futura nave consigue analizar un número suficiente de partículas individuales de sus columnas de hielo, los científicos podrían buscar en ellas compuestos orgánicos, material celular u otras biofirmas.
Encélado, por ahora, no ha entregado evidencia de vida. Pero sus propias columnas de agua y hielo ofrecen una ventaja poco común: permiten tomar muestras del material procedente de un océano extraterrestre sin tener que atravesar kilómetros de hielo para llegar hasta él.
