BIOMARCADORES: EL CASO DE ALH84001.
I PARTE

Por David Serquera Peyro.
Gandasep@gandia.infoville.net

La búsqueda de la vida en los cuerpos celestes es una tarea de reconstrucción de las improntas que ésta pueda haber dejado en ellos. Como un cazador sigue las pistas que su presa deja en el terreno, los astrobiólogos interpretan las huellas moleculares de lo que pudo haber sido hace mucho tiempo una actividad biológica sobre la Tierra, Marte, La Luna o cualquier meteorito caído sobre la Tierra.

Es apasionante pensar en la posibilidad de poder encontrarnos con un organismo vivo venido del espacio exterior, tanto que, en este sentido, la imaginación humana se ha disparado hasta límites delirantes, como consecuencia de lo cual, ciertos grupos han creado un imperio editorial a costa de la desinformación y manipulación de miles de personas con escaso nivel cultural. Sin embargo, hay otra forma muy distinta de enfrentarse al problema que se nos plantea, la existencia de vida en otros sistemas estelares puede ser abordada desde el rigor científico y es, sin duda, una dedicación apasionante debido a las implicaciones que un descubrimiento tal tendría sobre los límites del conocimiento humano, sin duda, estaríamos ante uno de esos descubrimientos que hacen avanzar la ciencia de manera exponencial, comparable como mínimo, con la fractura que Galileo produjo en su tiempo sobre los grupos culturales más alejados de la ciencia

Fue la NASA en los años sesenta quien dio un impulso significativo para el desarrollo de la tecnología necesaria para el estudio de moléculas orgánicas en estratos sedimentarios de hace millones de años. Como objetivo último, la búsqueda de los testimonios dejados por la actividad biológica que pudo haberse desarrollado en aquel tiempo. La lógica es la siguiente: si un organismo vivo, ya fuere unicelular o pluricelular, estuvo en un entorno determinado, entonces seguramente haya dejado restos de su estancia, que a su vez se habrán visto modificados por las condiciones geológicas del entorno. Así, todos habremos tenido alguna vez entre nuestras manos un fósil, resto macroscópico de un ser viviente de otra época.

Los biomarcadores son productos orgánicos derivados de moléculas bioquímicas mediante procesos de oxidación y reducción ocurridos a lo largo del tiempo. Estos procesos han sido propiciados por los distintos acontecimientos geológicos que se han sucedido hasta el momento de su estudio, es lo que podríamos llamar un fósil químico. Vemos implícita en esta definición la dificultad que entraña la evaluación de un biomarcador. Por una parte hemos de ser capaces de detectar aquellas moléculas primigenias capaces de resistir al paso del tiempo, una vez conseguido esto, debemos conocer cuál es la secuencia de moléculas derivadas de ésta tras sufrir los procesos de oxidación y/o reducción y por último ser capaces de averiguar cual fue la historia geológica de la muestra a estudio. Si una vez obtenido un biomarcador terrestre adecuado, queremos encontrarlo en un meteorito marciano tendremos que tener en cuenta que aunque es probable que bioquímicamente sea plausible su existencia, es posible que no se diera en este ambiente y por el contrario existan biomarcadores marcianos desconocidos para nosotros. En cualquier caso, la única metodología posible es la determinación de biomarcadores terrestres y su detección en cuerpos extraterrestres.

Tabla I
Algunos ejemplos de biomarcadores característicos de la vida.

El primer grupo está formado por los biomarcadores lábiles que nos permiten asegurar la existencia de un proceso biológico reciente. El segundo grupo son compuestos de una vida media más largas que nos permiten llegar hasta los inicios geológicos.

Fig. 1: Los hopanoides son los biomarcadores más abundantes para las bacterias. Este esquema representa la cadena de compuestos obtenidos por reducción( geo-opanos), oxidación (hidrocarburos aromáticos) y por reacción con sulfuro para formar productos tioaromáticos.

Hasta la fecha se han realizado prospecciones de este tipo en fragmentos lunares y en muestras de la misión Viking a Marte, pero no fue hasta 1996, con la publicación de McKay et. al de sus resultados sobre el meteorito marciano ALH84001, cuando se disparó la búsqueda e interpretación frenética de biomarcadores por todos los laboratorios especializados. Los resultados obtenidos por McKay et al produjeron un impacto en la comunidad científica que alcanzó a la sociedad a través de los medios de comunicación de una manera sorprendente ya que las conclusiones de los autores pueden interpretarse como la primera prueba de la existencia de una vida pasada en el planeta rojo. Desde su publicación, constantes revisiones por parte de diferentes grupos de investigación se están realizando, llegando a conclusiones diversas, que permiten la interpretación de los hallazgos tanto en un sentido como en otro, sin llegar a haber obtenido una prueba irrefutable de la existencia de vida extinta en Marte, aunque sí coincidencias muy significativas.

En esta primera parte del artículo analizaré dos de los hallazgos propuestos por McKay et al como determinantes de actividad biológica extinta en el meteorito ALH84001. El meteorito ALH84001 fue encontrado en 1984 en un lugar de la Antártida llamado Allan Hills como resultado de la expedición anual del programa de meteoritos antárticos de la Fundación Científica Nacional de los USA y fue preservado en el Laboratorio de Procesamiento de Meteoritos del Centro Espacial Johnson no siendo hasta 1993 cuando se reconoció su origen marciano tras los estudios isotópicos que revelaron la coincidencia con las muestras tomadas por la misión Viking. El meteorito está datado en 4500 millones de años, época temprana de la formación del planeta marciano, posteriormente se cree que la roca madre sufrió diversas fracturas por impactos meteoríticos hasta que hace unos 15 millones de años un gran impacto lo desprendió de la superficie marciana quedando libre en el espacio hasta que fue capturado por la gravedad terrestre hace unos 13.000 años impactando sobre la Antártida.

El meteorito es una roca ígnea compuesta por ortopiroxeno [(Mg,Fe)SiO3], maskelinita (NaAlSi3O8), Olivino [Mg,Fe)SiO4], cromita (FeCr2O4), Pirita (FeS2) y Apapatita[Ca3(PO4)2].

La primera dificultad con que se encontraron McKay et al a la hora de analizar el meteorito ALH84001 en busca de bimarcadores fue el desconocimiento del contexto geológico en el cual se desarrolló la roca madre. Sin éste conocimiento, se hace todavía más difícil imaginar los procesos geoquímicos que pudieran haber actuado los modos de transformación posibles de un hipotético acúmulo molecular orgánico, sin embargo, tras el análisis, McKay et al surgieron cuatro características asociadas a los glóbulos de carbonato como posibles evidencias de la existencia de una vida extinta en Marte. Estos cuatro puntos son:
§ Distribuciones no equilibradas de Fe, Mn, Mg y Ca en el interior de los glóbulos de carbonato.
§ Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).
§ BSO u objetos con forma bacteriana que asemejan microorganismos terrestres fosilizados.
§ Presencia de cristales de Magnetita(Fe3O4) Pirrotita(Fe1-xS) y Greigita(FeS4) comprendidos entre 10-100nm.

En esta primera parte analizaré dos de los cuatro puntos propuestos por McKay et al: La existencia de HAP y el hallazgo de los BSO.
¿Cuál es la importancia de los HAP en la búsqueda de reliquias moleculares relevantes para la vida? ¿Por qué McKay y sus colaboradores dirigieron sus sofisticados espectrómetros de masas hacia la caza de los HAP?
Marte es un planeta que se cree que en su historia geológica más reciente fue muy parecido a la Tierra. Con una importante energía térmica que disipar provocaría ecosistemas geológicos como los sistemas hidrotermales conocidos hoy en la Tierra. Estos sistemas hidrotermales tanto terrestres como subacuáticos son importantes puntos de transformación y catálisis de reacciones químicas relevantes para el origen de la vida. Los sistemas submarinos tienen un mayor potencial de conservación a largo plazo de la materia orgánica debido a tres características que se suceden: alteración térmica, migración y preservación a altas presiones con el subsiguiente enterramiento en la pila de sedimentos de las biomoléculas. La alteración hidrotérmica de la materia orgánica en contacto con fluidos calientes progresa paulatinamente desde reacciones reductivas hasta las más oxidativas, conforme la temperatura aumenta. Estas reacciones son catalizadas por diversos compuestos del azufre. A muy altas temperaturas la materia orgánica es parcialmente destruida y parcialmente convertida en compuestos aromáticos como los HAP. Estos productos termogénicos son más solubles en un ambiente líquido y caliente que presenta una dinámica de convección que moviliza rápidamente las moléculas lejos de la zona caliente, es entonces cuando estos productos son atrapados y preservados en fracturas vacías o en inclusiones líquidas en el interior de las rocas, pudiendo así pasar a formar parte del cuerpo de un meteorito eyectado al espacio exterior tras un impacto enorme. Esta es la relevancia de los HAP en toda esta historia, se consideran productos derivados de macromoléculas orgánicas genéticamente codificadas; ahora bien, hay una pega en todo esto que nos hace imposible identificar la presencia de los HAP con la existencia de materia orgánica: Las fuentes moleculares de los HAP pueden ser tanto biológicas como no biológicas.

Si analizamos el medio interestelar nos damos cuenta que los HAP están presentes de manera ubicua en el espacio y se han podido observar en muchos de los meteoritos del tipo de las condritas carbonaceas, en el polvo espacial y en partículas de grafito circumestelares. De esto se deduce que los HAP encontrados en el polvo espacial proceden de fuentes no biológicas.

Los estudios isotópicos realizados sobre los meteoritos de Cold Bokkeveld y Murchison soportan la teoría actual que podría explicar el origen de los HAP en el espacio. Esta teoría se basa en las transformaciones que sufre la materia orgánica por reacciones cíclicas inducidas por la radiación estelar. Debido a las bajas temperaturas del espacio, las moléculas más simples tienden a concrecionarse en mantos helados alrededor de otras partículas donde son procesadas por la radiación UV y otros tipos de radiaciones, transformándose así, en fragmentos moleculares reactivos que pueden recombinarse para formar moléculas más complejas. Posteriormente esta materia se incorporaría a los sistemas estelares formando parte de meteoritos y planetas. Así pues, vemos que podemos obtener HAP en un meteorito procedentes de fuentes completamente diferentes: La transformación térmica de material biológico y la síntesis por radiación estelar a partir de moléculas no biológicas estelares. Pero, ¿cabría esperar algún otro tipo de proceso que actuando sobre una superficie planetaria diera lugar a la presencia de HAP en el cuerpo de un meteorito? Anders, poco después de los descubrimientos del equipo de McKay, proponía que los HAP encontrados en el meteorito de Allans Hills podrían haberse formado a partir de moléculas inorgánicas procedentes de fuentes abióticas siguiendo procesos de síntesis como el de Fischer-Tropsch.

La reacción de Fischer-Tropsch es la siguiente: a CO + b H2-- hidrocarburo + d H2O. Como vemos los precursores aquí son gases. Esta reacción puede tener lugar en la colada magmática a partir de los gases atrapados en la misma o a partir de los gases atrapados por impactos sobre la roca madre.

Fig.2: Comparación de los espectros de masas mediante la técnica TOF-SIMS en un rango de 110-126 amu.Vemos que la intensidad de los PAH típicos es similar en los meteoritos ALH 84001, Murchison y Orgueil. Los picos a 159 amu en Murchison y Orgueil resultan probablemente de una contaminación de laboratorio derivada de esta técnica.

Pasemos a los datos analíticos encontrados por McKay et al acerca de la composición y distribución de los HAP en ALH84001.

Los espectros moleculares se podían agrupar en dos picos uno de media masa y otros con mayor masa , entre los compuestos con una masa media, entre 178 y 276 amu dominaban los compuestos simples de 3-6 anillos con homólogos alquilados suponiendo menos del 10% de la señal total. Los picos principales en 178, 202, 228, 252 y 278 amu fueron asignados respectivamente al fenantreno(C14H10), pireno(C6H10), criseno(C18H12), benzopireno(C20H12) y antraceno(C22H12). Un segundo pico se extendía desde 300 hasta 450 amu con una asignación de compuestos ambigua. Atendiendo a la distribucion de los HAP se observó que la señal de éstos se hacía más intensa conforme su localización era más alejada y profunda de la corteza de fusion. Analizando la distribución en superficie de los HAP se observó que había una mayor concentración de éstos en las regiones ricas en carbonatos, por último, la concentración de los mismos en el meteorito era del orden de una parte por millón con pocos compuestos aromáticos heterocíclicos como el benzotiopireno. Del análisis de estos datos McKay y sus colaboradores extrajeron una serie de interesantes conclusiones.

Fig.3:Espectros de masas promediados de una fractura rica en carbonatos de ALH84001. El espectro corresponde al promedio de 1280 espectros individuales sobre un superficie de 750 X 750 micrometors con una resolución de 50 X 50 micrometros.

En primer lugar habría que determinar si los HAP eran indígenas del meteorito y excluir la contaminación en el estudio de laboratorio y durante los 13000 años que permaneció el meteorito en la Antártida hasta ser descubierto. En la Antartida la concentración de HAP varía desde los estratos preindustriales hasta los industriales del orden de una parte por trillón hasta una parte por billón, concentraciones muy inferiores a las encontradas en el meteorito, por otra parte, la principal fuente de HAP en la Tierra son la combustion de los mismos por las actividades industriales y éstos se caracterizan por ser residuos altamente alquilados y ricos en compuestos como el dibenzotiopeno, al contrario de lo encontrado en el meteorito. Posteriormente, el hallazgo de los mismos en zonas de ortopiroxeno y feldespato van en contra de una contaminación terrestre. Con todo esto, podemos afirmar que los HAP encontrados en ALH84001 son originarios de éste y que no han sufrido contaminación terrestre.

Analicemos, ahora que ya no hay duda sobre el origen de los mismos, qué nos pueden indicar los HAP con su distribución espacial en el meteroito.

Fig.4: Desde B hasta E se muestra la intensidad en señal de los HAP en función de la distancia a la corteza de fusión del meteorito para los cuatro HAP principales mostrados en la Fig.3. Cada medición muestra una sección perpendicular a la corteza de fusión que se inicia en el exterior y se extiende en profundidad hasta una distancia de 1200 micrometros.

El incremento de la señal de los HAP en el interior del meteorito es consistente con los procesos de volatilización y pirólisis que sufre la corteza más externa del mismo al entrar en la atmósfera terrestre, con lo que aporta un dato más en contra de la contaminación terrestre. El hallazgo de la asociación de los HAP con las zonas ricas en carbonatos fue interpretada por McKay et al como una posible evidencia de la relación biológica entre estos dos compuestos( para saber el proceso de formacion de los carbonatos y su relación con la vida ver noticias en Huygens), sin embargo, posteriores estudios con técnicas de espectrometría de masas más sofisticadas no han corroborado estos hallazgos, incluso al contrario, algunos glóbulos de carbonato parecen estar vacíos de HAP comparados con las regiones de ortopiroxeno. Con esto vemos que el argumento a favor de un origen biológico de los HAP en relación a los carbonatos se desmonta o, al menos, no se corrobora.

Por último analizaremos las características de los diversos tipos de HAP encontrados.

En la Tierra los HAP producto de un origen biológico se encuentran como fósiles moleculares en rocas sedimentarias, petróleo y carbón procedentes de la aromatización química de precursores biológicos como el plancton marino y los bosques primigenios y se presentan en cientos de miles de series isoméricas homólogas. Otra característica a favor de un origen biológico de los HAP es la aparición de átomos de S y N en sus anillos , pues bien, los HAP encontrados en ALH84001 son compuestos simples y además no presentan átomos de S o N con lo que cualitativamente van en contra de un origen biológico. A pesar de esto McKay et al especulan con una posible transformación in situ de los mismos dando lugar a las pocas formas simples encontradas.

Fig. 5:Comparación de las intensidades iónicas de varios HAP de ALH 84001 (círculos negros) con aquellos obtenidos de una superficie terrestre de antracita. Los hidrocarburos terrestres presentan una relación C/H menor en comparación con los HAP encontrados en ALH84001.

Como hemos visto, la presencia de HAP indígenas en el meteorito ALH84001 no nos aportan más que el conocimiento de su existencia y se hace muy difícil determinar su potencial como biomarcadores seguros debido a la multiplicidad de orígenes posibles de los mismos y al desconocimiento del contexto geológico en el que se formaron: ¿tuvieron un origen marciano a partir de tranformaciones hidrotermales sobre moleculas bilológicas ?o, por el contrario, ¿fueron producto de reacciones de gases de inclusion en lavas y fracturas por impacto? o ¿están todavía más alejados y son originarios de los albores del sistema solar donde las partículas estaban sometidas a los fotones estelares. Nuevos estudios isotópicos, así como un mejor conocimiento del contexto geológico de las muestras meteoríticas se hacen necesarias si queremos averiguar el origen de éstos HAP. En cualquier caso queda claro que su existencia en el meteorito ALH 84001 no es una prueba concluyente de la posible existencia de vida marciana.

Analizaremos ahora la presencia de los BSO.

Cuando McKay y sus colaboradores observaron las muestras del meteorito bajo el microscopio electrónico visualizaron una serie de formas realmente sorprendentes que no se correspondían , en principio, con ninguna estructura mineral conocida. Curiosamente, estos pequeños objetos fusiformes y ovalados, de una longitud comprendida entre los 20-100nm, guardaban un increíble parecido fotográfico con algunas de las formaciones de bacterias fosilizadas encontradas en algunos basaltos terrestres. Rápidamente, a estas extrañas formaciones se las pasó a nombrar con las siglas BSO que en inglés responden a Bacterial Shaped Objects con lo que irremediablemente, estas formas desconocidas, aparecidas bajo el microscopio electrónico, quedaron asociadas a las bacterias, simplemente por tener un parecido fotogénico, sin embargo, a parte de esto, no había ninguna evidencia que permitiera concluir que estos objetos fuesen realmentre bacterias fosilizadas.

Fig. 6: Imágenes de alta resolución con el microscopio electrónico de barrido mostrando las formaciones ovoideas y elongadas asociadas con los glóbulos de carbonato. A) Superficie de la veta rica en Fe. Se observan numerosos ovoides, de alrededor de 100nm de diámetro, así como objetos tubulares. Los gránulos más pequeños deben corresponderse con magnetita y pirrotita. B) Visión cercana de la region central de los carbonatos mostrando formacines parecidas.

Lo que, en definitiva, McKay y sus colaboradores observaron bajo el microscopio electrónico de barrido fue una superficie irregular de textura granulosa en el centro de unos glóbulos de carbonato. De esta superficie se retrataron unas formas ovoideas y elongadas que , inmediatamente, McKay et al relacionan con unas formaciones encontradas en el sur de Italia en la superficie de unas concreciones de calcita del pleistoceno que se interpretaron como fósiles de nanobacterias terrestres. A continuación ellos dan cuatro explicaciones posibles.

La primera posibilidad que contemplan es que las texturas encontradas se corresponden con remanentes de una disolución parcial de los carbonatos, que adoptarían estas formas singulares, sin embargo, desechan esta posibilidad por carecer de ejemplos similares en la geología terrestre que se correspondan con esta explicación.

La segunda posibilidad es la que contempla que estos objetos sean artefactos surgidos de la preparación de las muestras del meteorito, sin embargo, tras varios controles, descartaron esta posibilidad.

La tercera explicación identifica estos objetos como productos de una actividad microbiológica, al igual que los cristales de magnetita, formados por contaminación microbiana en la Antártida, sin embargo, según los autores la ausencia de PAH en otros meteoritos antárticos, la esterilidad de las muestras y la naturaleza poco erosionada van en contra de una formación inorgánica o biológica.

Concluyen, finalmente, describiendo las similitudes de las formas con los nanofósiles terrestres.

En contra de la posibilidad de que estos objetos sean nanobacterias fosilizadas, a parte de los argumentos expuestos anteriormente, que a mi entender no han sido rebatidos siguiendo una sistemática científica, se han venido apuntando argumentos por parte de varios autores. Entre los argumentos en contra, hay autores que identifican los BSO con cristales de magnetita, otros afirman que los BSO de 20-75 nm son demasiado pequeños como para albergar la maquinaria metabólica suficiente parecida a la maquinaria bacteriana terrestre, aunque hay quien argumenta que estos pequeños BSO son realmente "fragmentos" de otros BSO mayores.

Se han analizado también meteoritos lunares procedentes de la Antártida en los que se han encontrado estos BSO, lo que sugiere un origen terrestre.

Como se ve, en este campo de los BSO, son muchas las especulacines posibles que se hacen a partir de uan fotografía, en un extremo, podríamos comparar el caso con las interpretaciones que se deducen a partir de las manchas de tinta sobre papel que utilizan algunos psicólogos como test para indagar en la psique de sus pacientes. Particularmente estoy de acuerdo con las conclusiones de A.H.Treiman que califica a los BSO como "la línea más fotogénica e intuitiva de evidencia marciana en ALH84001…" yo añadiría que ésta es una feliz coincidencia de naturaleza desconocida.

Fig.7: Imagen de los BSO encontrados en el meteorito de Allan Hills.

Fig.8: Imagen de microorganismos terrestres fosilizados.

BIBLIOGRAFIA:
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