En 1976, dos módulos de aterrizaje idénticos del programa Viking llevaron cada uno cuatro tipos de experimentos biológicos a la superficie de Marte . Los primeros módulos de aterrizaje exitosos, Viking 1 y Viking 2 , llevaron a cabo experimentos para buscar biofirmas de vida microbiana en Marte . Los módulos de aterrizaje utilizaron un brazo robótico para recoger y colocar muestras de suelo en contenedores de prueba sellados en la nave.
Los dos módulos de aterrizaje realizaron las mismas pruebas en dos lugares de la superficie de Marte, Viking 1 cerca del ecuador y Viking 2 más al norte. [1]
Los cuatro experimentos que se presentan a continuación se presentan en el orden en que fueron realizados 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]
Un cromatógrafo de gases-espectrómetro de masas ( GCMS ) es un dispositivo que separa los componentes del vapor químicamente 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 aquellos componentes que se liberan cuando el suelo se calienta a diferentes temperaturas. Podría medir las moléculas presentes en 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 contenían menos carbono que los suelos lunares sin vida que trajo el programa Apolo . Este resultado fue difícil de explicar si el metabolismo bacteriano marciano fue responsable de los resultados positivos observados por el experimento Labeled Release (ver más abajo). Un libro de texto de astrobiología de 2011 señala que este fue el factor decisivo debido al cual "para la mayoría de los científicos de Viking, la conclusión final fue que las misiones Viking no lograron detectar vida en el suelo marciano". [6]
Los experimentos realizados en 2008 por la sonda Phoenix descubrieron la presencia de perclorato en el suelo marciano. El libro de texto de astrobiología de 2011 analiza la importancia de este hallazgo con respecto a los resultados obtenidos por la sonda Viking , ya que "aunque el perclorato es un oxidante demasiado pobre para reproducir los resultados de LR (en las condiciones de ese experimento, el perclorato no oxida los compuestos orgánicos), sí oxida y, por lo tanto, destruye los compuestos orgánicos a las temperaturas más altas utilizadas en el experimento GCMS de la sonda Viking. El astrobiólogo de la NASA Chris McKay ha estimado, de hecho, que si hubiera niveles de percloratos similares a los de la sonda Phoenix en las muestras de la sonda Viking, el contenido orgánico del suelo marciano podría haber sido tan alto como 0,1% y aún así habría producido el resultado negativo (falso) que arrojó el GCMS. Por lo tanto, aunque la sabiduría convencional con respecto a los experimentos de biología de la sonda Viking todavía apunta a "ninguna evidencia de vida", en los últimos años se ha visto al menos un pequeño cambio hacia una "evidencia no concluyente". [7]
Según un comunicado de prensa de la NASA de 2010: "Los únicos productos químicos orgánicos identificados cuando las sondas Viking calentaron muestras de suelo marciano fueron clorometano y diclorometano , compuestos de cloro que en su momento se interpretaron como probables contaminantes de los líquidos de limpieza". Según un artículo escrito por un equipo dirigido por Rafael Navarro-González de la Universidad Nacional Autónoma de México , "esos productos químicos son exactamente los que [su] nuevo estudio encontró cuando se añadió un poco de perclorato (el hallazgo sorprendente de Phoenix) a un suelo desértico de Chile que contenía sustancias orgánicas y se analizó a la manera de las pruebas de Viking". Sin embargo, el comunicado de prensa de la NASA de 2010 también señaló que: "Una de las razones por las que las sustancias orgánicas cloradas encontradas 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 de esos isótopos en la Tierra. La proporción de ellos en Marte aún no se ha determinado claramente. Si se descubre que es muy diferente a la de la Tierra, eso apoyaría la interpretación de los años 70". [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. En 2021, la proporción de isótopos de cloro en Marte fue medida por el Trace Gas Orbiter y se encontró que era casi indistinguible de la proporción terrestre, [11] dejando la interpretación de los resultados del GCMS no concluyente.
El experimento de intercambio de gases ( GEX ) (PI: Vance Oyama, NASA Ames) buscó gases emitidos por una muestra de suelo incubado 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 nutrientes agregados, luego con agua agregada también. [1] Periódicamente, el instrumento tomó muestras de la atmósfera de la cámara de incubación y usó 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 estaban midiendo.
A principios de noviembre de 1976 se informó de que "en la Viking 2, el experimento de intercambio de gases está produciendo resultados análogos a los de la Viking 1. Una vez más, el oxígeno desapareció una vez que la solución nutritiva entró en contacto con el suelo. Nuevamente, el dióxido de carbono comenzó a aparecer y todavía continúa desprendiéndose". [12]
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 etiquetaron con 14 C radiactivo. Se monitoreó el aire sobre el suelo para detectar la evolución de gas 14 CO2 radiactivo ( u otro gas basado en carbono [13] ) como evidencia de que los microorganismos en el suelo habían metabolizado uno o más de los nutrientes. Tal resultado debía seguirse con la parte de control del experimento como se describe para el PR a continuación. El resultado fue bastante sorprendente, considerando 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 se realizó con 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 dieron positivo. [1] Posteriormente se realizaron 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 les inyectaron nutrientes, y las muestras calentadas durante 3 horas a 50 °C mostraron una reducción sustancial en el gas radiactivo liberado después de la inyección de nutrientes. [14] Posteriormente se analizó una muestra almacenada a 10 °C durante varios meses, que mostró una liberación de gas radiactivo significativamente reducida. [15]
Un artículo de la CNN de 2000 señalaba que "aunque la mayoría de sus colegas llegaron a la conclusión de lo contrario, Levin sigue sosteniendo que las pruebas de robots que coordinó en el módulo de aterrizaje Viking de 1976 indicaban la presencia de organismos vivos en Marte". [16] Un libro de texto de astrobiología de 2006 señalaba que "con muestras terrestres no esterilizadas, sin embargo, la adición de más nutrientes después de la incubación inicial produciría aún más gas radiactivo a medida que las bacterias latentes entraran en acción para consumir la nueva dosis de alimento. Esto no era cierto en el suelo marciano; en Marte, la segunda y tercera inyecciones de nutrientes no produjeron ninguna liberación adicional de gas marcado". [17] 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 la superficie está bañada por ultravioleta) puede hacer que el dióxido de carbono reaccione con los suelos para producir varios oxidantes, incluidos superóxidos altamente reactivos (sales que contienen O 2 − ). Cuando se mezclan con pequeñas moléculas orgánicas, los superoxidantes las oxidan fácilmente a dióxido de carbono, lo que puede explicar el resultado de LR. La química del superóxido también puede explicar los resultados desconcertantes observados 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 un químico en la primera reacción, no se esperaría ningún gas nuevo. Por último, muchos superóxidos son relativamente inestables y se destruyen a temperaturas elevadas, lo que también explica la "esterilización" observada en El experimento LR." [7]
En un artículo de 2002 publicado por Joseph Miller, se 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 . [18]
El 12 de abril de 2012, un equipo internacional que incluía a Levin y Patricia Ann Straat publicó un artículo revisado por pares que sugería la detección de "vida microbiana existente en Marte", basándose en especulaciones matemáticas a través del análisis de conglomerados de los experimentos de liberación etiquetada de la Misión Viking de 1976. [ 19] [20]
El experimento de liberación pirolítica ( PR ) (PI: Norman Horowitz , Caltech) consistió en el uso de luz, agua y una atmósfera que contenía monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO 2 ), simulando la de Marte. Los gases que contenían carbono se hicieron con carbono-14 ( 14 C), un isótopo pesado y radiactivo del carbono. Si había 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 recolectó los productos en un dispositivo que contaba la radiactividad. Si algo del 14 C se había convertido en biomasa, se vaporizaría durante el calentamiento y el contador de radiactividad lo detectaría como evidencia de vida. En caso de obtenerse una respuesta positiva, se calentaría una muestra duplicada del mismo suelo para "esterilizarlo". Luego se probaría como control y, si seguía mostrando una actividad similar a la primera respuesta, eso sería evidencia de que la actividad era de naturaleza química. Sin embargo, una respuesta nula o muy disminuida, era evidencia de biología. Este mismo control se utilizaría para cualquiera de los tres experimentos de detección de vida que arrojaran un resultado inicial positivo. [21] La evaluación inicial de los resultados del experimento de PR Viking 1 fue que "el análisis de los resultados muestra que se produjo una formación pequeña pero significativa de materia orgánica" y que el control esterilizado no mostró evidencia de materia orgánica, lo que demuestra que los "hallazgos podrían atribuirse a la actividad biológica". [22] Sin embargo, dada la persistencia de la liberación de materia orgánica a 90 °C, la inhibición de la materia orgánica después de inyectar vapor de agua y, especialmente, la falta de detección de materia orgánica en el suelo marciano por el experimento GCMS, los investigadores concluyeron que lo más probable era una explicación no biológica de los resultados de PR. [23] [21] Sin embargo, en los años siguientes, a medida que los resultados del GCMS fueron cada vez más examinados, los resultados del experimento de liberación pirolítica volvieron a considerarse como posiblemente consistentes con la actividad biológica, aunque "una explicación para la aparente pequeña síntesis de materia orgánica en el experimento de liberación pirolítica sigue siendo oscura". [24]
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 rastros de ningún compuesto orgánico en la superficie de Marte fue una sorpresa. El GC-MS definitivamente estaba funcionando, porque los controles eran efectivos y pudo detectar rastros de cloro, atribuidos a los solventes de limpieza que se habían usado para esterilizarlo antes del lanzamiento. [25] En 2018 se realizó un nuevo análisis de los datos del GC-MS, lo que sugirió que es posible que se hayan detectado compuestos orgánicos, lo que corrobora los datos del rover Curiosity . [26] En ese momento, la ausencia total de material orgánico en la superficie hizo que los resultados de los experimentos biológicos fueran discutibles, ya que el metabolismo que involucraba compuestos orgánicos era lo que esos experimentos estaban diseñados para detectar. La comunidad científica en general supone que las pruebas biológicas del Viking siguen sin ser concluyentes y pueden explicarse por procesos puramente químicos. [1] [22] [27] [28]
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 por las 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 fina capa 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 biociencia del Laboratorio de Propulsión a Chorro de las misiones Mariner y Viking de 1965 a 1976. Horowitz consideraba que la gran versatilidad del átomo de carbono lo convierte en el elemento con más probabilidades de aportar soluciones, incluso exóticas, a los problemas de supervivencia de la vida en otros planetas. [29] Sin embargo, también consideraba que las condiciones encontradas en Marte eran incompatibles con la vida basada en el 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. [30] [31] Sin embargo, los resultados de los experimentos publicados en diciembre de 2010 [32] [33] proponen que los compuestos orgánicos "podrían haber estado presentes" en el suelo analizado tanto por Viking 1 como por 2 , ya que el módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA en 2008 detectó perclorato, que puede descomponer compuestos orgánicos. Los autores del estudio descubrieron que el perclorato puede destruir compuestos 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 compuesto orgánico marciano, la cuestión de si Viking encontró compuestos orgánicos aún está abierta, ya que son posibles interpretaciones químicas y biológicas alternativas. [34] [9] [22]
En 2013, el astrobiólogo Richard Quinn del Centro Ames realizó experimentos en los que los aminoácidos que reaccionaban con el hipoclorito, que se crea cuando el perclorato se irradia con rayos gamma, parecieron reproducir los hallazgos del experimento de liberación marcada. [35] [36] Concluyó que no se requiere peróxido de hidrógeno ni superóxido para explicar los resultados de los experimentos de biología de Viking. [36] Un equipo de investigadores, incluido Quinn, realizó un estudio más detallado en 2017. Si bien este estudio no fue diseñado específicamente para coincidir con los datos del experimento LR, se descubrió que el hipoclorito podría explicar parcialmente los resultados de control, incluida la prueba de esterilización a 160 °C. Los autores afirmaron que "se planean más experimentos para caracterizar la estabilidad térmica del hipoclorito y otras especies de oxicloro en el contexto de los experimentos LR". [37]
Antes del descubrimiento del oxidante perclorato en Marte en 2008, algunas teorías se oponían 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 disolvente H 2 O 2 -H 2 O excedía con creces el poder reductor de los compuestos orgánicos de los organismos. [38]
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] Esta opinión ha sido presentada por el diseñador del experimento LR, Gilbert Levin, quien cree que los resultados positivos del LR son diagnósticos de vida en Marte. [39] [40] Él y otros han llevado a cabo experimentos en curso intentando reproducir los datos del 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 y el control del LR en Marte, los experimentos con dióxido de titanio saturado con peróxido de hidrógeno han producido resultados similares. [41]
Aunque la mayoría de los astrobiólogos siguen concluyendo que los experimentos biológicos de Viking no fueron concluyentes o negativos, Gilbert Levin no es el único que cree lo contrario. La afirmación actual de que hay vida en Marte se basa en evidencias antiguas reinterpretadas a la luz de los acontecimientos recientes. [42] [43] [44] En 2006, el científico Rafael Navarro demostró que los experimentos biológicos de Viking probablemente carecían de sensibilidad para detectar trazas de compuestos orgánicos. [43] En un artículo publicado en diciembre de 2010, [32] los científicos sugieren que si hubiera compuestos orgánicos presentes, no se habrían detectado porque cuando se calienta el suelo para comprobar si hay compuestos orgánicos, el perclorato los destruye rápidamente produciendo clorometano y diclorometano, que es lo que encontraron las sondas 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] [45] Los resultados de la actual misión del Laboratorio Científico de Marte y del programa ExoMars en desarrollo pueden ayudar a resolver esta controversia. [45]
En 2006, Mario Crocco llegó a proponer la creación de un nuevo rango nomenclatural que clasificaba algunos resultados de Viking como " metabólicos " y, por lo tanto, representativos de una nueva forma de vida. [46] 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 química inorgánica hasta 2016 es capaz de dar explicaciones satisfactorias de los datos completos del experimento LR, y abordar específicamente la cuestión de qué agente activo en las muestras de suelo podría verse afectado negativamente por el calentamiento a aproximadamente 50 °C y destruido con el almacenamiento a largo plazo en la oscuridad a 10 °C, como sugieren los datos. [47] [48]
James Lovelock argumentó que la misión Viking habría hecho mejor en examinar la atmósfera marciana que en observar el suelo. Teorizó que toda 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. [49] 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 en 10 ppb, reabriendo así este debate. Aunque en 2013 el rover Curiosity no logró detectar metano en su ubicación en niveles superiores a 1,3 ppb. [50] Más tarde, en 2013 y en 2014, las mediciones de Curiosity detectaron metano, [51] 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 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 geológico. [52] [53] La misión Mars Orbiter también ha estado intentando, desde fines de 2014, detectar y mapear el metano en la atmósfera de Marte. Un comentario de prensa argumentó que, si había vida en los sitios de aterrizaje Viking, puede haber sido destruida por el escape de los cohetes de aterrizaje. [54] Eso no es un problema para las misiones que aterrizan a través de una cápsula protegida por airbag , desacelerada por paracaídas y retrocohetes, y lanzada desde una altura que permite que el escape del cohete evite 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 columna (agua, nitrógeno y amoníaco) hubieran afectado los suelos en el lugar de aterrizaje.
{{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda )Una especulación es que la función representa el metabolismo durante un período de crecimiento lento o división celular hasta un nivel asintótico de confluencia celular, tal vez similar a las biopelículas terrestres en estado estacionario.
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