Encélado: mucha comida, poco comensal

14/04/2017 4 comentarios
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Hay suficiente hidrógeno molecular entre el agua que emerge de las fracturas polares de Encélado, una pequeña luna de Saturno, como para alimentar una cantidad no despreciable de microorganismos extraterrestres viviendo en su oscuro océano interior. Pero descubrir la comida no es lo mismo que descubrir el comensal. Les presento aquí un análisis un poco más desapasionado, pero no menos interesante, de este importante descubrimiento.

 Encélado tiene un océano interior de agua líquida que se esta filtrando por entre grietas en uno de sus polos.  De esas grietas emerge agua, granos de arena, hidrógeno molecular y otros gases que nos brindan pistas sobre lo que pasa en el interior de la luna.  Crédito: NASA/JPL

Si hay una segunda cosa que la NASA hace muy bien es comunicar. La primera, por supuesto, es explorar la Tierra y el sistema solar por igual. Ambas cosas quedaron claramente demostradas ayer (13 de abril de 2017) en una nuevo reporte de prensa que tuvimos el privilegio de presenciar decenas de miles de internautas.

El anuncio en breve: la confirmación del descubrimiento de hidrógeno molecular (H2) en el agua que sale por las fracturas polares de Encélado, una pequeña luna helada que orbita al planeta Saturno. El descubrimiento lo habría hecho originalmente la nave Cassini en el año 2015.

La importancia del anuncio: el hidrógeno molecular sería sintetizado en su mayor parte en el suelo debajo del océano interior de la luna y podría ser utilizado como alimento por una horda de microorganismos extraterrestres.

PODRÍA, hay que aclarar muy bien. Los mismos científicos que hicieron hoy el anuncio han aclarado que el hecho de que salgan copiosas cantidades de H2 del interior de la luna podría ser un indicativo también de que nadie se lo está "comiendo". Descubrimos la comida, pero no el comensal.

Las consecuencias más importantes: El hallazgo nos pone un poco más cerca (bueno, en realidad una "pulgada" más cerca de los millones de kilómetros que nos separan) del descubrimiento de vida más allá de la Tierra.

¿Qué más podría decirse? A esta misma hora, Internet bulle en información, escrita en casi todos los idiomas, acerca de este excitante descubrimiento y como siempre, no hay mucho que una nueva entrada de blog podría agregar.

Encelado ha ocupado ya la portada de la revista Science, como seguramente lo hará en el próximo número en el que se publica el artículo del que trata esta entrada.  Crédito: Science/AAASO eso era lo que pensaba hasta cuando por la curiosidad natural de un científico me dirigí a la fuente de información primaria: el artículo publicado hoy 14 de abril de 2017 en la prestigiosa revista Science que detalla el descubrimiento.

A diferencia de la mayoría de los artículos especializados que encontramos en la bibliografía científica, el artículo presentando este descubrimiento se deja leer con alguna facilidad.

Como sucede muchas veces, el contenido del artículo, si bien mucho menos espectacular que la "síntesis divulgativa" de los comunicadores y científicos de la NASA (así como los cientos de entradas de blog y noticias en internet), revela algunos detalles fascinantes sobre el descubrimiento. Estos detalles solo pueden ser descubiertos si "rompemos el hielo" con la bibliografía especializada y empezamos a leer las fuentes originales.

Los invito aquí para que hagamos un recorrido rápido por el contenido del artículo y pongamos al descubierto lo que hubo detrás de escena en el anuncio de la NASA.

¿Acepta el reto?

Vaya entonces directamente al contenido completo del artículo siguiendo este enlace.

El resumen

Si no puedes poner en 250 palabras la esencia de lo que descubriste, ¿estás seguro de que es importante?

Esa es más o menos la filosofía del "abstract" o "resumen" de un artículo especializado. El artículo sobre Encélado que discutimos aquí, ejemplifica muy bien el importante papel que desempeña este párrafo al principio de todo artículo. En él, dos ideas claves sobre el descubrimiento en la luna de Saturno se ponen de relieve:

1) La fuente más plausible del hidrógeno molecular (H2) detectado por Cassini proveniente del interior de Encélado, son las denominadas reacciones hidrotermales (agua caliente, roca y materia orgánica) que ocurrirían en la base del océano de la luna.

2) Hay una cantidad de hidrógeno en el océano de Encélado mayor que la que debería haber espontáneamente (en equilibrio termodinámico). En estas condiciones es fácil que el hidrógeno forme metano (CH4) a partir de dióxido de carbono (CO2).

Es significativo que al sintetizar el descubrimiento, los autores no mencionen la habitabilidad de Encélado o la existencia misma de vida en su interior; estas ideas, que parecen ser el "leif motif" de todas las síntesis divulgativas del trabajo que hemos leído en internet, sencillamente no están presentes en la síntesis científica del trabajo.

¿Cuál podrá ser la razón? A los científicos nos gusta especular con las consecuencias de nuestro trabajo (a nuestros jefes mucho más), pero la ciencia misma debe atenerse a los hechos objetivos, a los resultados que se siguen estrictamente de los datos.

En otras palabras: no podemos decir si Encélado es habitable o no, si contiene vida o no; o por lo menos no con los datos provistos por Cassini hasta ahora.

La Tierra como modelo

Hay solo dos referencias directas a la vida en todo el artículo.

Muy al principio, cuando se explica que también en la Tierra hay lugares en los que el hidrógeno molecular se produce copiosamente dentro del agua de los océanos.

Estos son las denominadas fumarolas, campos o sistemas hidrotermales que se encuentran normalmente cerca a volcanes submarinos.

Imagen de la fumarola hidrotermal Lost City (mencionada en el artículo) y que esta ubicada en la dorsal medio oceánica debajo del atlántico a una profundidad de 900 metros. Una apariencia similar a esta (con la excepción naturalmente del pez) podrían tener los sistemas hidrotermales de Enceladus. Crédito: Bruce Strickrott.

En la Tierra, este hidrógeno que queda abundantemente disponible alrededor de estos sistemas hidrotermales, es utilizado por microorganismos capaces de convertir el CO2 disuelto a su alrededor en CH4 (metano). Al hacerlo dan lugar a las reacciones químicas más importantes para su supervivencia: el metabolismo (es decir las reacciones que les permiten mantenerse funcionales, reproducirse y defenderse de su entorno).

En otras palabras, el fondo de los océanos de la Tierra está poblado en algunos lugares de microorganismos que se alimentan de hidrógeno, de manera análoga a como las plantas en la superficie o las algas y otros organismos fotosintéticos microscópicos en aguas someras, se alimentan de la luz del Sol.

Un detalle crucial emerge en este punto. Las investigaciones en la Tierra han probado que estos organismos "metanogénicos" (es decir que producen metano) están emparentados con los más antiguos microorganismos de la Tierra (técnicamente se dice que son "phylogenetically ancient"). Algunos han llegado a pensar que estos microorganismos "come hidrógeno" podrían haber estado entre los primeros en aparecer en la Tierra, si es que no fueron los primeros.

Muy sugerente para el caso de Encélado; pero del dicho al hecho hay mucho trecho.

También podría ser que los organismos metanogénicos evolucionaran en la Tierra de organismos más "convencionales" que se adaptaron a las duras condiciones alrededor de las fumarolas hidrotermales. Si ese fuera el caso, podría hacer falta vida "normal" antes de crear vida "come hidrógeno".

El debate está abierto en la Tierra y hasta que no se resuelva, es exagerado transportarlo a 1500 millones de kilómetros de casa.

Encélado se desinfla

Desde el año 2005 la nave Cassini ha sobrevolado Encélado en 22 ocasiones, siendo aquella en la que estuvo más cerca de la luna la del 28 de 2015, cuando "rozó" su superficie a tan solo 49 kilómetros de altura (2 veces la altura a la que vuelan algunos aviones militares en la Tierra). Fue en esta que se detectó el H2.

Cassini sobrevoló 22 veces a Encélado de las cuáles el sobrevuelo más cercano fue el que tuvo lugar el 28 de octubre de 2015 cuando paso a tan solo 49 kilómetros de la superficie.  Fue en ese sobrevuelo que descubrió el Hidrógeno molecular.  Crédito: NASA/JPL

En los sobrevuelos anteriores Cassini había descubierto que la mayor parte del material que sale por las denominadas "plumas" de Encélado (parecidos a los géiseres en la Tierra) es agua (algo nada raro para una luna helada); adicionalmente se habían descubierto nanopartículas de SiO2 (literalmente, arena). Este último descubrimiento fue particularmente notable y constituyó la primera pista de que algo diferente ocurría en el interior de la luna enana.

La presencia de "arena" en el agua que salía de Encélado al "desinflarse", indicaba que en el fondo del océano el agua estaba posiblemente expuesta a la roca en el centro de la luna. En este sentido Encélado podría ser diferente de otros cuerpos "acuosos" del sistema solar (como por ejemplo la luna Ganímedes de Júpiter) en el fondo de cuyos océanos podría haber hielo en lugar de roca. Este hecho tendría un impacto importante en la química del agua interior de la luna y modificaría su potencial para albergar vida.

Pero decir que la arena detectada en las plumas viene del contacto directo del agua con roca en el interior de Encélado y demostrarlo es más difícil de lo pensado.

El descubrimiento de hidrógeno molecular confirmaría la hipótesis del agua sobre roca, justo porque los sistemas hidrotermales que producen este hidrógeno solo ocurren en esas condiciones.

El hidrógeno descubierto no solo es importante para "especular" sobre la habitabilidad de Encélado. También nos cuenta detalles de lo que ocurre en su interior.

No todo lo que brilla es oro

Pero atención. No todo el hidrógeno molecular detectado por Cassini viene de Encélado. La misma nave puede producir la molécula cuando el agua de las plumas golpeaba el metal dentro del detector (al menos en uno de los modos de operación del mismo) o cuando el agua de esas mismas plumas se rompía antes de entrar en la boca del instrumento.

Pero ¿quién dijo que contar moléculas iba a ser fácil?

En un ejemplo de uso de una de las más importantes herramientas (o para algunos, armas de doble filo) de la ciencia, la estadística, los científicos de Cassini lograron cuantificar apropiadamente todas las fuentes posibles de H2.

Con ello demostraron que la cantidad de moléculas detectadas en el sobrevuelo es mucho mayor que las esperadas por fuentes no intrínsecas.

Si llamamos "sigma" (la letra que parece una "o" en el alfabeto griego) al valor promedio de H2 que podría provenir de todas las fuentes no intrínsecas de la molécula, la cantidad de ella detectada por Cassini en el sobrevuelo fue hasta 3 veces sigma (o 3-sigma como dicen los científicos).

Con esto la probabilidad de que la nave hubiera detectado moléculas de hidrógeno que no estaban originalmente en la pluma es menor a 0,3 %.

Figura que muestra el conteo de moléculas de H2 en el instrumento de Cassini.  Aquí se ve que el número de moléculas registradas durante el paso sobre la

¡Les "creemos" entonces!

Este es un buen ejemplo del esfuerzo que deben hacer los científicos para que sus resultados reciban la confianza de sus colegas. Detalles que pocas veces ven la luz en las traducciones divulgativas de estos trabajos.

¿De dónde viene el H2?

A diferencia de lo que leemos en las versiones divulgativas de los trabajos científicos, la "distancia" entre decir que se detectó H2 a 50 km de altura sobre Encélado a decir que viene de fumarolas hidrotermales en el fondo del océano de Encélado, es más grande de lo que pensamos.

La barrera más importante que se enfrenta en este caso es el hecho de que otros fenómenos físicos o químicos podrían producir esas esquivas moléculas de H2 detectadas por la nave. En el artículo consideran (¡y no descartan completamente!) algunas de esas fuentes alternativas.

El H2, por ejemplo, podría haber estado atrapado en el océano o el hielo de Encélado desde la formación misma de la luna. De acuerdo con esta posibilidad, podríamos estar viendo a la luna perder parte de su hidrógeno primordial.

Esta explicación sin embargo es difícil de sostener en tanto el agua a las presiones y temperaturas del interior de Encélado (de acuerdo a modelos) solo podría soportar ese H2 por algo más de 1 millón de años (pero la luna tiene 4500 millones de años, como todos los demás cuerpos del sistema solar).

Es difícil también que el hidrógeno haya quedado atrapado en el hielo durante la formación de la luna. Si ese fuera el caso el hielo tendría que haber estado tan frío que atraparía otros elementos o moléculas como argón o monóxido de carbono (CO), ninguna de las cuales fueron detectados por Cassini.

Otra posibilidad es que el hidrógeno fuera producido cuando las moléculas de agua en el hielo en la superficie de la luna fueran rotas por la acción de la radiación atrapada en el campo magnético de Saturno (a este proceso se lo llama técnicamente "radiolisis del hielo"). La cantidad y distribución de H2 producida por este medio no bastaría para explicar la cantidad esperada según las observaciones de Cassini, que se cifraría entre 1000 y 5000 toneladas de H2 escapando de la luna cada año.

Hay una fuente de H2 alternativa a la explicación central del artículo (las reacciones hidrotermales) que no se puede descartar completamente: la ruptura de moléculas de agua en cavidades dentro del núcleo rocoso de la luna por acción de elementos radioactivos atrapados allí.

Si bien este mecanismo no es capaz (según los argumentos de los autores) de explicar la totalidad del H2 y tendría implicadas otras huellas químicas no observadas, esta es en todo derecho una fuente posible de casi la totalidad del H2 observado.

¡No hay que perder de vista este mecanismo!

La historia de la ciencia está llena de casos en las que alternativas aparentemente descartadas resultaron ser las explicaciones correctas para fenómenos inexplicados.

La opción hidrotermal

Sherlock Holmes decía "Una vez descartado lo imposible, lo que queda, por improbable que parezca, debe ser la verdad." Más que una cita literaria, este debería ser considerado uno de los principios rectores de la maquinaria científica.

Encélado, en este caso, no es la excepción a esta regla.

El H2 detectado por Cassini podría venir de reacciones Hidrotermales producidas entre el fondo del oceano de la luna y su núcleo rocoso.  Créditos: NASA/JPL

A pesar de que, como explicamos antes, diversas fuentes físicas podrían explicar la producción de H2 en la luna, solo queda la posibilidad de que estas moléculas sean creadas cuando el agua en presencia de calor, minerales o materia orgánica se descompone liberando hidrógeno. A este tipo de procesos se los conoce como reacciones hidrotermales y podrían ocurrir a través de grietas en el núcleo de Encélado, debajo del océano interior de la luna.

La cantidad estimada de minerales y material orgánico capaz de realizar reacciones hidrotermales en el fondo de Encélado es suficiente para producir casi 10 veces el H2 producido en 4500 millones de años de historia (suponiendo que se produce al mismo ritmo que ahora). Es decir, Encélado tiene suficiente potencial hidrotermal para mantener los niveles observados de H2, tanto en el interior del océano como en las plumas que salen de él.

Pero ¿son estas razones suficientes para decir definitivamente que son procesos hidrotermales los responsables por el H2 detectado por Cassini? ¡definitivamente no! Pero así es como funciona la ciencia. Frente la ausencia de una explicación mejor para una o un conjunto de observaciones, nos quedamos con la que ajuste mejor los datos.

En el futuro cuando más o mejores datos se recaben (por ejemplo enviando una nave para que estudie exclusivamente la luna, porque Cassini lo hizo a tiempo compartido), es posible que debamos renunciar a esta posibilidad o encontremos más pruebas de que es la mejor.

¿Y la vida?

Como decíamos atrás, la vida rara vez es mencionada en el artículo. Aparte de la referencia del principio a la vida en las fumarolas hidrotermales de la Tierra, la segunda referencia que se hace de ella, solo aparece hacia el final del artículo.

La vida entra en juego cuando consideramos el rol que el H2 disuelto en el agua podría tener en la química del océano de Encélado.

Se sabe que el hidrógeno puede reaccionar con el dióxido de carbono (CO2) disuelto en el agua para producir metano (CH4). La posibilidad de que esta reacción ocurra, sin embargo está limitada por las propiedades físicas y químicas del océano de la luna (las concentraciones de CO2, CH4, H2 y la acidez del agua).

Venenivibrio stagnispumantis, especie de microorganismo capaz de alimentarse de Hidrógeno.  Dadas las condiciones adecuadas de temperatura y acidez este organismo de la Tierra podría vivir en el interior de Enceladus.  Crédito: Adrian Hetzer

Justamente este es otro de los resultados importantes del artículo del que poco se habló en las traducciones divulgativas. Según los investigadores, en un amplio rango de condiciones compatibles con las observaciones de Cassini, la metanogénesis podría producirse sin inconvenientes en el fondo del océano de Encélado. Con ello organismos vivos capaces de valerse de esta reacción para obtener la "energía" necesaria para vivir (metabolismo) podrían aparecer o desarrollarse en el fondo de este océano extraterrestre.

En otras palabras, si lleváramos microorganismos metanogénicos de la Tierra y los sumergiéramos en el océano de Encélado, es probable que sobrevivieran allí y encontraran en este sitio un lugar para prosperar.

A los lugares con esta propiedad los llamamos "habitables". De allí la idea de que el artículo muestra que el interior de Encélado es habitable.

Pero de esto a decir que los datos de Cassini demuestran que la vida en Encélado podría ser inevitable o que existe realmente, hay mucho trecho.

Al contrario. El descubrimiento de enormes cantidades de hidrógeno en las plumas de Encélado podría ser una prueba indirecta de que la vida (de existir en el interior de la luna) estaría menos extendida de lo que creemos. Porque si ese fuera el caso, el hidrógeno sería su única fuente de alimento. Es improbable que con una biosfera de organismos metanogénicos extendida por el interior de la luna, tanto hidrógeno (y tan poco metano) saliera de ella.

Como reza el título, lo único que descubrimos en Encélado fue la comida. El plato servido y no consumido. El descubrimiento del comensal (si es que hay uno) está por llegar.

Para saber más: