En 1976, dos módulos de aterrizaje del programa Viking idénticos llevaron cada uno cuatro tipos de experimentos biológicos a la superficie de Marte . Los primeros aterrizadores de Marte exitosos, Viking 1 y Viking 2 , llevaron a cabo experimentos para buscar biofirmas de vida microbiana en Marte . Cada uno de los módulos de aterrizaje utilizó un brazo robótico para recoger y colocar muestras de suelo en contenedores de prueba sellados en la nave.
Los dos módulos de aterrizaje llevaron a cabo las mismas pruebas en dos lugares de la superficie de Marte, Viking 1 cerca del ecuador y Viking 2 más al norte. [1]
Los experimentos
Los cuatro experimentos a continuación se presentan en el orden en que fueron llevados a cabo por los dos módulos de aterrizaje Viking. El líder del equipo de biología del programa Viking fue Harold P. Klein (NASA Ames). [2] [3] [4]
Cromatógrafo de gases - espectrómetro de masas
Un cromatógrafo de gases - espectrómetro de masas ( GCMS ) es un dispositivo que separa químicamente los componentes del vapor a través de un cromatógrafo de gases y luego introduce el resultado en un espectrómetro de masas , que mide el peso molecular de cada sustancia química. Como resultado, puede separar, identificar y cuantificar una gran cantidad de sustancias químicas diferentes. El GCMS (PI: Klaus Biemann , MIT) se utilizó para analizar los componentes del suelo marciano sin tratar y, en particular, los componentes que se liberan cuando el suelo se calienta a diferentes temperaturas. Podría medir las moléculas presentes a un nivel de unas pocas partes por mil millones. [5]
El GCMS no midió una cantidad significativa de moléculas orgánicas en el suelo marciano. De hecho, se descubrió que los suelos marcianos contienen menos carbono que los suelos lunares sin vida devueltos por el programa Apolo . Este resultado fue difícil de explicar si el metabolismo bacteriano marciano fue responsable de los resultados positivos observados por el experimento de liberación etiquetada (ver más abajo). Un libro de texto de astrobiología de 2011 señala que este fue el factor decisivo por el cual "para la mayoría de los científicos vikingos, la conclusión final fue que las misiones vikingas no pudieron detectar vida en el suelo marciano". [6]
Los experimentos realizados en 2008 por el módulo de aterrizaje Phoenix descubrieron la presencia de perclorato en suelo marciano. El libro de texto de astrobiología de 2011 analiza la importancia de este hallazgo con respecto a los resultados obtenidos por Viking como "mientras que el perclorato es un oxidante demasiado pobre para reproducir los resultados de LR (en las condiciones de ese experimento, el perclorato no oxida los orgánicos), sí oxida, y así destruir, los orgánicos a las temperaturas más altas utilizadas en el experimento Viking GCMS. El astrobiólogo de la NASA Chris McKay ha estimado, de hecho, que si los niveles de percloratos similares a los de Phoenix estuvieran presentes en las muestras de Viking, el contenido orgánico del suelo marciano podría haber sido tan alto como 0.1% y aún habría producido el resultado (falso) negativo que devolvió el GCMS. Por lo tanto, mientras que la sabiduría convencional con respecto a los experimentos de biología vikinga todavía apunta a "ninguna evidencia de vida", los últimos años han visto al menos una pequeña cambio hacia "pruebas no concluyentes" ". [7]
Según un comunicado de prensa de la NASA de 2010: "Los únicos productos químicos orgánicos identificados cuando los módulos de aterrizaje Viking calentaron muestras de suelo marciano fueron el clorometano y el diclorometano , compuestos de cloro interpretados en ese momento como probables contaminantes de los fluidos de limpieza". Según un artículo escrito por un equipo dirigido por Rafael Navarro-González de la Universidad Nacional Autónoma de México , "esos químicos son exactamente lo que [su] nuevo estudio encontró cuando se agregó un poco de perclorato, el hallazgo sorpresa de Phoenix, a suelo desértico de Chile que contiene materia orgánica y se analiza a la manera de las pruebas Viking ". Sin embargo, el comunicado de prensa de la NASA de 2010 también señaló que: "Una de las razones por las que los compuestos orgánicos clorados encontrados por Viking se interpretaron como contaminantes de la Tierra fue que la proporción de dos isótopos de cloro en ellos coincidía con la proporción de tres a uno para esos isótopos en la Tierra. . La proporción para ellos en Marte aún no se ha determinado con claridad. Si se encuentra que es muy diferente a la de la Tierra, eso respaldaría la interpretación de la década de 1970 ". [8] Biemann ha escrito un comentario crítico del artículo de Navarro-González y McKay, [9] al que estos últimos han respondido; [10] el intercambio se publicó en diciembre de 2011.
El intercambio de gases
El experimento de intercambio de gases ( GEX ) (PI: Vance Oyama , NASA Ames) buscó los gases emitidos por una muestra de suelo incubada reemplazando primero la atmósfera marciana con el gas inerte helio . Aplicó un complejo líquido de nutrientes y suplementos orgánicos e inorgánicos a una muestra de suelo, primero con solo los nutrientes agregados y luego también con agua. [1] Periódicamente, el instrumento tomó muestras de la atmósfera de la cámara de incubación y utilizó un cromatógrafo de gases para medir las concentraciones de varios gases, incluidos oxígeno , CO 2 , nitrógeno , hidrógeno y metano . Los científicos plantearon la hipótesis de que los organismos metabolizadores consumirían o liberarían al menos uno de los gases que se están midiendo.
A principios de noviembre de 1976, se informó que "en Viking 2, el experimento de intercambio de gases está produciendo resultados análogos a los del Viking 1. Nuevamente, el oxígeno desapareció una vez que la solución nutritiva entró en contacto con el suelo. Una vez más, el dióxido de carbono comenzó a aparecer y sigue evolucionando ”. [11]
Lanzamiento etiquetado
El experimento de liberación etiquetada ( LR ) (PI: Gilbert Levin , Biospherics Inc.) fue el más prometedor para los exobiólogos . En el experimento LR, se inoculó una muestra de suelo marciano con una gota de solución nutritiva acuosa muy diluida. Los nutrientes (7 moléculas que eran productos de Miller-Urey ) se marcaron con 14 C radiactivo . Se controló el aire sobre el suelo para detectar la evolución de 14 CO 2 radiactivo (u otro gas a base de carbono [12] ) como prueba de que los microorganismos en el suelo había metabolizado uno o más de los nutrientes. Este resultado debía seguirse con la parte de control del experimento como se describe para el RP a continuación. El resultado fue una gran sorpresa, teniendo en cuenta los resultados negativos de las dos primeras pruebas, con un flujo constante de gases radiactivos emitidos por el suelo inmediatamente después de la primera inyección. El experimento fue realizado por ambas sondas Viking, la primera usando una muestra de la superficie expuesta a la luz solar y la segunda sonda tomando la muestra de debajo de una roca; ambas inyecciones iniciales resultaron positivas. [1] Posteriormente se llevaron a cabo pruebas de control de esterilización calentando varias muestras de suelo. Las muestras calentadas durante 3 horas a 160 ° C no emitieron gas radiactivo cuando se inyectaron nutrientes, y las muestras calentadas durante 3 horas a 50 ° C exhibieron una reducción sustancial en el gas radiactivo liberado después de la inyección de nutrientes. [13] Posteriormente se analizó una muestra almacenada a 10 ° C durante varios meses y se observó una reducción significativa de la liberación de gas radiactivo. [14]
Un artículo de CNN de 2000 señaló que "aunque la mayoría de sus colegas concluyeron lo contrario, Levin todavía sostiene que las pruebas de robots que coordinó en el módulo de aterrizaje Viking de 1976 indicaron la presencia de organismos vivos en Marte". [15] Un libro de texto de astrobiología de 2006 señaló que "Sin embargo, con muestras terrestres no esterilizadas, la adición de más nutrientes después de la incubación inicial produciría aún más gas radiactivo a medida que las bacterias inactivas entraran en acción para consumir la nueva dosis de alimento. no es cierto en el suelo marciano; en Marte, la segunda y tercera inyecciones de nutrientes no produjeron ninguna liberación adicional de gas marcado ". [16] La edición de 2011 del mismo libro de texto señaló que "Albet Yen del Laboratorio de Propulsión a Chorro ha demostrado que, en condiciones extremadamente frías y secas y en una atmósfera de dióxido de carbono, la luz ultravioleta (recuerde: Marte carece de una capa de ozono, por lo que el superficie está bañada en ultravioleta) puede hacer que el dióxido de carbono reaccione con el suelo para producir varios oxidantes, incluidos los superóxidos altamente reactivos (sales que contienen O 2 - ) .Cuando se mezclan con moléculas orgánicas pequeñas, los superoxidantes los oxidan fácilmente a dióxido de carbono, lo que puede explicar la Resultado LR. La química del superóxido también puede explicar los resultados desconcertantes que se observan cuando se agregaron más nutrientes al suelo en el experimento LR; debido a que la vida se multiplica, la cantidad de gas debería haber aumentado cuando se agregó un segundo o tercer lote de nutrientes, pero si El efecto se debió a que se consumió una sustancia química en la primera reacción, no se esperaría ningún gas nuevo. Por último, muchos superóxidos son relativamente inestables y se destruyen a temperaturas elevadas. peraturas, que también explican la "esterilización" observada en el experimento LR ". [7]
En un artículo de 2002 publicado por Joseph Miller, especula que los retrasos registrados en las reacciones químicas del sistema apuntan a una actividad biológica similar al ritmo circadiano observado previamente en las cianobacterias terrestres . [17]
El 12 de abril de 2012, un equipo internacional que incluía a Levin y Patricia Ann Straat publicó un artículo revisado por pares en el que se sugería la detección de "vida microbiana existente en Marte", basado en especulaciones matemáticas mediante el análisis de grupos de los experimentos de liberación etiquetada de la misión vikinga de 1976 . [18] [19]
Liberación pirolítica
El experimento de liberación pirolítica ( PR ) (PI: Norman Horowitz , Caltech) consistió en el uso de luz, agua y una atmósfera que contiene carbono de monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO 2 ), simulando eso en Marte. Los gases que contienen carbono se fabricaron con carbono 14 ( 14 C), un isótopo radiactivo y pesado del carbono. Si hubiera organismos fotosintéticos presentes, se creía que incorporarían parte del carbono como biomasa a través del proceso de fijación de carbono , tal como lo hacen las plantas y las cianobacterias en la tierra. Después de varios días de incubación, el experimento eliminó los gases, horneó el suelo restante a 650 ° C (1200 ° F) y recogió los productos en un dispositivo que contaba la radiactividad. Si alguno de los 14 C se hubiera convertido en biomasa, se vaporizaría durante el calentamiento y el contador de radiactividad lo detectaría como evidencia de vida. Si se obtuviera una respuesta positiva, se calentaría una muestra duplicada del mismo suelo para "esterilizarlo". Luego se probaría como un control y si aún mostraba una actividad similar a la primera respuesta, eso era evidencia de que la actividad era de naturaleza química. Sin embargo, una respuesta nula o muy disminuida fue evidencia de biología. Este mismo control se usaría para cualquiera de los tres experimentos de detección de vida que mostraron un resultado inicial positivo. [20]
Conclusiones científicas
Los compuestos orgánicos parecen ser comunes, por ejemplo, en asteroides, meteoritos, cometas y los cuerpos helados que orbitan alrededor del Sol, por lo que no detectar ningún rastro de ningún compuesto orgánico en la superficie de Marte fue una sorpresa. Definitivamente el GC-MS estaba funcionando, porque los controles eran efectivos y podía detectar rastros de cloro, atribuidos a los solventes de limpieza que se habían utilizado para esterilizarlo antes de su lanzamiento. [21] Se realizó un nuevo análisis de los datos de GC-MS en 2018, lo que sugiere que es posible que se hayan detectado compuestos orgánicos, lo que corrobora con los datos del rover Curiosity . [22] En ese momento, la ausencia total de material orgánico en la superficie hizo que los resultados de los experimentos de biología fueran discutibles, ya que el metabolismo que involucra compuestos orgánicos era lo que esos experimentos estaban diseñados para detectar. La comunidad científica en general supone que las pruebas biológicas de Viking no son concluyentes y pueden explicarse por procesos puramente químicos [1] [23] [24] [25]
A pesar del resultado positivo del experimento de liberación etiquetada, una evaluación general es que los resultados observados en los cuatro experimentos se explican mejor mediante reacciones químicas oxidativas con el suelo marciano. Una de las conclusiones actuales es que el suelo marciano, al estar continuamente expuesto a la luz ultravioleta del Sol (Marte no tiene una capa protectora de ozono ), ha acumulado una capa delgada de un oxidante muy fuerte . Una molécula oxidante suficientemente fuerte reaccionaría con el agua añadida para producir oxígeno e hidrógeno, y con los nutrientes para producir dióxido de carbono (CO 2 ).
Norman Horowitz fue el jefe de la sección de biociencias del Laboratorio de Propulsión a Chorro para las misiones Mariner y Viking de 1965 a 1976. Horowitz consideró que la gran versatilidad del átomo de carbono lo convierte en el elemento más propenso a aportar soluciones, incluso exóticas, a los problemas. de supervivencia de la vida en otros planetas. [26] Sin embargo, también consideró que las condiciones encontradas en Marte eran incompatibles con la vida basada en carbono.
En agosto de 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix detectó perclorato , un oxidante fuerte cuando se calienta por encima de los 200 ° C. Inicialmente se pensó que esto era la causa de un resultado de LR falso positivo. [27] [28] Sin embargo, los resultados de los experimentos publicados en diciembre de 2010 [29] [30] proponen que los compuestos orgánicos "podrían haber estado presentes" en el suelo analizado por Viking 1 y 2 , ya que el módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA en 2008 detectó perclorato , que puede degradar compuestos orgánicos. Los autores del estudio encontraron que el perclorato puede destruir los orgánicos cuando se calienta y producir clorometano y diclorometano como subproducto, los compuestos de cloro idénticos descubiertos por ambos módulos de aterrizaje Viking cuando realizaron las mismas pruebas en Marte. Debido a que el perclorato habría descompuesto cualquier materia orgánica marciana, la cuestión de si Viking encontró o no compuestos orgánicos aún está abierta, ya que son posibles interpretaciones químicas y biológicas alternativas. [31] [9] [23]
En 2013, el astrobiólogo Richard Quinn del Centro Ames realizó experimentos en los que los aminoácidos que reaccionan con el hipoclorito, que se crea cuando el perclorato se irradia con rayos gamma, parecían reproducir los hallazgos del experimento de liberación marcada. [32] [33] Concluyó que ni el peróxido de hidrógeno ni el superóxido son necesarios para explicar los resultados de los experimentos biológicos de Viking. [33] Un estudio más detallado fue realizado en 2017 por un equipo de investigadores que incluía a Quinn. Si bien este estudio no fue diseñado específicamente para coincidir con los datos del experimento LR, se encontró que el hipoclorito podría explicar parcialmente los resultados del control, incluida la prueba de esterilización a 160 ° C. Los autores declararon que "se planean más experimentos para caracterizar la estabilidad térmica del hipoclorito y otras especies de oxicloro en el contexto de los experimentos LR". [34]
Controversia
Antes del descubrimiento del perclorato oxidante en Marte en 2008, algunas teorías seguían oponiéndose a la conclusión científica general. Un investigador sugirió que la explicación biológica de la falta de compuestos orgánicos detectados por GC-MS podría ser que el inventario oxidante del solvente H 2 O 2 -H 2 O excedía ampliamente el poder reductor de los compuestos orgánicos de los organismos. [35]
También se ha argumentado que el experimento de Liberación Etiquetada (LR) detectó tan pocos organismos metabolizadores en el suelo marciano, que habría sido imposible para el cromatógrafo de gases detectarlos. [1] Este punto de vista ha sido presentado por el diseñador del experimento LR, Gilbert Levin, quien cree que los resultados positivos de LR son diagnósticos de vida en Marte. [36] [37] Él y otros han realizado experimentos en curso para intentar reproducir los datos de Viking, ya sea con materiales biológicos o no biológicos en la Tierra. Si bien ningún experimento ha duplicado con precisión los resultados de la prueba Mars LR y los controles, los experimentos con dióxido de titanio saturado con peróxido de hidrógeno han producido resultados similares. [38]
Si bien la mayoría de los astrobiólogos aún concluyen que los experimentos biológicos vikingos no fueron concluyentes o negativos, Gilbert Levin no es el único que cree lo contrario. El reclamo actual de vida en Marte se basa en evidencia antigua reinterpretada a la luz de los desarrollos recientes. [39] [40] [41] En 2006, el científico Rafael Navarro demostró que los experimentos biológicos de Viking probablemente carecían de sensibilidad para detectar trazas de compuestos orgánicos. [40] En un artículo publicado en diciembre de 2010, [29] los científicos sugieren que si los orgánicos estuvieran presentes, no se habrían detectado porque cuando el suelo se calienta para verificar si hay orgánicos, el perclorato los destruye rápidamente produciendo clorometano y diclorometano, que es lo que encontraron los módulos de aterrizaje Viking. Este equipo también señala que esto no es una prueba de vida, pero podría marcar una diferencia en la forma en que los científicos buscan biofirmas orgánicas en el futuro. [8] [42] Los resultados de la misión actual del Laboratorio Científico de Marte y el programa en desarrollo ExoMars pueden ayudar a resolver esta controversia. [42]
En 2006, Mario Crocco llegó a proponer la creación de un nuevo rango de nomenclatura que clasificaba algunos resultados vikingos como ' metabólicos ' y, por tanto, representativos de una nueva forma de vida. [43] La taxonomía propuesta por Crocco no ha sido aceptada por la comunidad científica, y la validez de la interpretación de Crocco dependía enteramente de la ausencia de un agente oxidativo en el suelo marciano.
Según Gilbert Levin y Patricia Ann Straat, investigadores del experimento LR, ninguna explicación que involucre la química inorgánica a partir de 2016 puede dar explicaciones satisfactorias de los datos completos del experimento LR, y abordar específicamente la pregunta de qué agente activo en el suelo. las muestras podrían verse afectadas negativamente por el calentamiento a aproximadamente 50 ° C y destruidas con un almacenamiento prolongado en la oscuridad a 10 ° C, como sugieren los datos. [44] [45]
Críticas
James Lovelock argumentó que la misión Viking habría sido mejor para examinar la atmósfera marciana que mirar el suelo. Teorizó que toda la vida tiende a expulsar gases residuales a la atmósfera y, como tal, sería posible teorizar la existencia de vida en un planeta detectando una atmósfera que no estuviera en equilibrio químico. [46] Concluyó que había suficiente información sobre la atmósfera de Marte en ese momento para descartar la posibilidad de vida allí. Desde entonces, se ha descubierto metano en la atmósfera de Marte a 10 ppb, reabriendo así este debate. Aunque en 2013 el rover Curiosity no pudo detectar metano en su ubicación en niveles superiores a 1,3 ppb. [47] más adelante en 2013 y en 2014, las mediciones de Curiosity detectaron metano, [48] lo que sugiere una fuente variable en el tiempo. El ExoMars Trace Gas Orbiter , lanzado en marzo de 2016, implementa este enfoque y se centrará en la detección, caracterización de la variación espacial y temporal, y la localización de fuentes para un amplio conjunto de gases traza atmosféricos en Marte y ayudará a determinar si su formación es de origen biológico. o origen geológico. [49] [50] La misión Mars Orbiter también está intentando —desde finales de 2014— detectar y mapear el metano en la atmósfera de Marte. Un comentario de prensa argumentó que, si había vida en los sitios del módulo de aterrizaje Viking, podría haber muerto por el escape de los cohetes que aterrizaron. [51] Eso no es un problema para las misiones que aterrizan a través de una cápsula protegida con bolsas de aire , ralentizadas por paracaídas y retrocohetes, y que se dejan caer desde una altura que permite que los gases de escape de los cohetes eviten la superficie. El rover Sojourner de Mars Pathfinder y los Mars Exploration Rovers utilizaron esta técnica de aterrizaje con éxito. El módulo de aterrizaje Phoenix Scout descendió a la superficie con retrocohetes, sin embargo, su combustible era hidracina y no se encontró que los productos finales de la pluma (agua, nitrógeno y amoníaco) hubieran afectado los suelos en el lugar de aterrizaje.
Misiones presentes y futuras
La cuestión de la vida en Marte probablemente no se resolverá por completo hasta que futuras misiones a Marte demuestren de manera concluyente la presencia de vida en el planeta, identifiquen las sustancias químicas responsables de los resultados de Viking, o ambas cosas. La misión Mars Science Laboratory aterrizó el rover Curiosity el 6 de agosto de 2012, y sus objetivos incluyen la investigación del clima marciano , la geología y si Marte podría haber sustentado vida alguna vez , incluida la investigación del papel del agua y la habitabilidad planetaria . [52] [53] La investigación astrobiológica en Marte continuará con el ExoMars Trace Gas Orbiter en 2016, el rover Mars 2020 Perseverance en 2021 y el posterior rover Rosalind Franklin .
En 2008, se operó en Marte el Analizador Térmico y de Gas Evolucionado , que podía analizar químicamente 8 muestras.
El instrumento Urey fue un estudio financiado para el detector de compuestos orgánicos sensibles, pero no se ha enviado a Marte, pero se consideró para el programa ExoMars de la década de 2000.
Misiones propuestas
El Biological Oxidant and Life Detection (BOLD) es una misión propuesta a Marte que seguiría las pruebas de suelo de Viking mediante el uso de varios módulos de aterrizaje de pequeño impacto. [54] [55] Otra propuesta es el Icebreaker Life basado en el módulo de aterrizaje Phoenix .
Ver también
- Astrobiología
- Misión de detección de vida y oxidantes biológicos
- Biofirma
- ExoMars
- Exploración de Marte
- Vida en Marte
- Programa vikingo
- Vikingo 1
- Vikingo 2
- Europa Lander (NASA) (La próxima misión de la NASA con detección de vida científica primaria)
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enlaces externos
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