Este proceso es tan lento que puede tomar miles de años para formar unos centímetros de láminas. Los más antiguos que se conocen tienen hasta 3.5 mil millones de años. Actualmente podemos encontrar estromatolitos y microbialitos en diferentes sitios de México, algunos de los más conocidos están en Cuatro Ciénegas (Coahuila), la laguna de Alchichica (en los límites de los estados de Puebla y Veracruz), y la laguna de Bacalar (Quintana Roo) (véase “¿Qué son los estromatolitos?”, en Oikos= 2).
Biofirmas en la Tierra y en otros lados
Figura 4. Detección de biofirmas. En la Tierra hay muchos sitios con ambientes extremos, como los desiertos. Podemos tomar una muestra del suelo de las rocas y mediante diversos análisis en laboratorio podemos identificar biofirmas como biomarcadores (ADN o grasas) y fósiles. Imagen Erik Eduardo Aguilar Vaca generado con IA de Canva.La búsqueda de vida —tanto en ambientes extremos terrestres como en otros lugares del sistema solar o del Universo— implica la identificación de biofirmas que sean indicadores inequívocos de actividad biológica. Esa búsqueda en la Tierra se ha enfocado en estudiar biofirmas detectables en ambientes extremos. También buscamos descubrir biofirmas afuera de nuestro planeta, y para hacerlo debemos conocer bien cómo se manifiestan todas estas evidencias de la vida como la conocemos. Por esto se han estudiado biofirmas directamente en la superficie de la Tierra, y con base en ese conocimiento se buscan en la superficie de Marte, la Luna, asteroides, cometas e incluso exoplanetas lejanos.
Biofirmas y biomarcadores en superficies
Como mencionamos antes, los biomarcadores son cualquier evidencia molecular de origen exclusivamente biológico. Son moléculas que están presentes en cualquier proceso metabólico de un organismo (pero que no se producen de manera abiótica), desde su concepción hasta su muerte, como carbohidratos, ácidos nucleicos (ADN o ARN), aminoácidos y lípidos.
De hecho, cotidianamente en paleontología y astrobiología usamos análisis de biomoléculas (al igual que los análisis de laboratorio que nos prescriben para monitorear el estado de salud) que dan información de lo que ocurre durante la vida de un organismo (incluidos nosotros mismos). Estas moléculas pueden indicar incluso si hay o hubo infección por bacterias, plantas, animales u hongos.
Nuestro planeta es muy dinámico, por lo que su superficie es cambiante. No todos los biomarcadores son estables en el tiempo geológico. Por ejemplo, el ADN, ARN y los carbohidratos generalmente permanecen poco tiempo en un sedimento, aunque en ciertas condiciones pueden perdurar durante cientos o hasta miles de años. Se han identificado algunos aminoácidos en meteoritos y muestras de asteroides, aunque no son considerados biomarcadores debido a que no tienen un origen biológico. Por ejemplo, en las muestras del asteroide Ryugu tomadas por la misión JAXA Hayabusa 2 se encontraron 24 aminoácidos y urea. El asteroide tiene una edad estimada de 4,600 millones de años, ¡la misma que nuestro sistema solar! Estos aminoácidos, aunque coinciden en todos los seres vivos terrestres, no son prueba suficiente de la existencia de vida en el espacio exterior.
Los lípidos (grasas) son considerados los mejores biomarcadores para ambientes muy antiguos porque permanecen identificables por miles de millones de años incluso en ambientes extremos. En efecto, la evidencia más antigua de lípidos —que nos indica sin lugar a duda la presencia de cianobacterias— es de hace 1.8 mil millones de años, pero no se ha encontrado evidencia de ellos en el espacio exterior.
Las firmas isotópicas
Estas firmas son variaciones en la abundancia de isótopos de elementos como el carbono, el nitrógeno, el azufre y el oxígeno. Las variaciones indican que pueden tener su origen en procesos biológicos, químicos o físicos. Las de origen biológico se distinguen porque los seres vivos tienden a fraccionar los isótopos de una manera distinta respecto de los procesos abióticos y se manifiestan cuando se comparan muestras de organismos actuales con muestras geológicas o atmosféricas; el resultado es una proporción diferente de isótopos ligeros y pesados, como lo explicaremos más adelante.
Las biofirmas isotópicas pueden ser detectadas en materiales fósiles, minerales y sedimentos, lo que ha permitido rastrear la actividad biológica en la Tierra hasta miles de millones de años. Por ejemplo, los microorganismos fotosintéticos —como las cianobacterias— prefieren usar el CO2 con el isótopo 12C y no con 13C durante la fotosíntesis, aparentemente porque requieren menos energía para romper y formar los enlaces químicos. Como resultado, cuando fraccionan los isótopos del carbono, los compuestos orgánicos que producen tienen mayor abundancia del isótopo 12C que 13C. Lo más interesante para nosotros es que actualmente es posible identificar de forma remota la fragmentación isotópica, como veremos en la siguiente sección.
Los fósiles y biominerales como bioseñales
Como mencionamos arriba, los fósiles son evidencia morfológica y geoquímica de vida pasada que se ha conservado durante un periodo mayor a diez mil años (más allá del Holoceno). Los más comunes se distinguen a simple vista, por ejemplo, los fósiles de huesos de dinosaurios, las amonitas, los troncos de árboles petrificados, etc. Su forma y composición química pueden ofrecer información de los organismos, como su distribución, organización y tamaño, e incluso indicar cómo se movían; estos rastros, que no incluyen el cuerpo fosilizado, se llaman icnofósiles.
Un hueso o una hoja fosilizados son reconocidos como biofirmas por su tamaño y forma. También podemos identificar microfósiles, como conchas de moluscos, protistas o polen de plantas vasculares. Otro caso particular de fósiles, como mencionamos arriba, es el de los estromatolitos.
Por otro lado, la actividad biológica no solo deja huellas moleculares, sino que a veces las evidencias son inorgánicas. Los biominerales que forman los organismos pueden acumularse en depósitos de sedimentos y conservarse como evidencia fósil. El carbonato de calcio es un mineral común en la corteza terrestre, pero la forma en que se precipita debido al crecimiento de algunos animales —como los corales— deja una huella específica. Los minerales producidos por organismos están asociados normalmente a moléculas orgánicas (que pueden considerarse como biomarcadores) y sus formas son distintas a las de los minerales. Las concentraciones inusuales de carbonatos suelen asociarse a ambientes marinos antiguos que, junto con evidencias isotópicas y la presencia de fósiles (p. ej., conchas), dan indicios de que pudieron existir diversos organismos, como corales, moluscos, etc.
En ambientes hipersalinos, como el lago Mono (California), ocurre una acumulación de sulfato de calcio que resulta del metabolismo de las bacterias. Algo similar encontró el rover Perseverance (que se encuentra explorando el cráter Jezero en Marte), que el 21 de julio de 2024 detectó una concentración inusual de sulfatos de calcio, además de morfologías particulares sobre estas rocas que podrían ser indicadoras de una biofirma. Para confirmar el origen de esta intrigante acumulación de azufre será indispensable analizar las muestras tomadas por el Perseverance aquí en la Tierra.
Biofirmas remotas: gases, pigmentos y señales isotópicas
Figura 5. Detección remota. El Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) puede medir la intensidad de la luz del Sol reflejada sobre la superficie de Marte para identificar la firma espectral particular de los compuestos que están en su atmósfera, como el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2). Busca un espectro de CO2 y ponlo dentro de la figura. Imagen Erik Eduardo Aguilar Vaca generado con IA de canva.La detección de moléculas y gases en la atmósfera de planetas, dentro de la llamada zona habitablezona habitablezona habitable, que se encuentran en otros sistemas estelares ha sido útil para estudiar biofirmas remotas. Su identificación requiere técnicas espectroscópicas y otras empleadas por telescopios espaciales como el Hubble, el James Webb y el Extremely Large Telescope.
La composición atmosférica de la Tierra primitiva y de la actual es la guía para buscar biofirmas en forma de gases. Son de particular interés astrobiológico los gases producidos por los organismos terrestres y que podemos detectar con nuestros satélites en órbita, como el oxígeno, ozono, metano, óxido nitroso, gases de azufre y cloruro de metilo.
Por ejemplo, el oxígeno gaseoso o molecular (O2) es muy abundante en nuestra atmósfera y sus principales productores son los organismos fotosintéticos, pero es raro encontrarlo en nuestro planeta como oxígeno atómico (O). En otros planetas, como Marte y Venus, se ha detectado oxígeno atómico, por lo que el oxígeno por sí mismo es insuficiente para ser considerado biofirma.
Figura 6. La zona habitable en un sistema solar se establece considerando la distancia desde la estrella central (en nuestro sistema es el Sol), para determinar primero si es posible que exista agua líquida en los planetas. Los pigmentos fotosintéticos también se han considerado como biofirmas, ya que son evidencia clara de actividad fotosintética lo suficientemente abundante como para ser detectada. Una biofirma muy empleada en estudios ambientales para determinar biomasa y cobertura vegetal es el “borde rojo” o VRE (de Vegetation Red-Edge). El VRE se caracteriza por estar al borde del espectro de luz visible y del infrarrojo, de ahí su nombre. Sin embargo, todavía no se ha registrado ningún pigmento VRE en otros planetas. El que se ha detectado proviene de la Tierra, principalmente de plantas vasculares, como los árboles, por eso es muy poco probable que, si hay vida en otros mundos, las señales coincidan. La explicación es que sería difícil que los organismos evolucionaran de forma convergente, es decir, que también existan organismos fotosintéticos que usen los mismos pigmentos y que, por lo tanto, emitan esta biofirma característica.
Hay otros pigmentos llamativos por su color púrpura, cuyo origen es mucho más antiguo que la clorofila de las algas clorofilas. Estos pigmentos púrpuras son producidos por algunas bacterias y arqueas que los utilizan para fabricar energía en forma de ATP, algo similar al papel que juega la clorofila en algas o plantas. A pesar de que estos organismos no son abundantes en la Tierra, constituyen uno de los grupos más interesantes para su posible detección.
La exploración y búsqueda de estas biofirmas es posible gracias a herramientas como el James Webb Space Telescope (JWST), el observatorio más grande que se haya diseñado y que tiene un sistema de detección muy sensible con el que se puede analizar la composición atmosférica de planetas con una altísima precisión y en un rango más amplio del espectro electromagnético. El telescopio JWST es capaz de detectar biofirmas potenciales, como ozono, oxígeno y pigmentos fotosintéticos (como los púrpuras), que con otros telescopios, como el Hubble, eran muy difícil de observar.
Para identificar firmas isotópicas de forma remota, los satélites y telescopios espaciales utilizan espectroscopios. Estos equipos analizan la luz reflejada, dispersada o emitida por un objeto para determinar su composición tanto química como isotópica. Cada átomo o grupo de átomos interacciona con la luz de manera específica; el espectroscopio registra y detecta estas variaciones y luego se genera una línea con bandas, llamada espectro, que indica en qué zonas el objeto absorbe o emite energía. Este espectro es distinto y varía de acuerdo con la composición química del material del que proviene. Al igual que para la detección de gases y pigmentos, las firmas isotópicas nos ayudan a identificar la composición química de la atmósfera terrestre y de otros planetas.
Por ejemplo, la relación 12C/13C medida en la atmósfera de Titán —una de las lunas de Saturno— es aproximadamente 8% menor que la de la Tierra (de 88.9%), lo que sugiere que Titán podría haber experimentado el fraccionamiento de dichos isótopos debido a procesos relacionados con su interacción con la radiación ultravioleta solar o a procesos de evolución atmosférica. Así, la medición de isótopos mediante técnicas de detección remota también es útil para estudiar atmósferas extraterrestres sin la necesidad de obtener muestras directas.
Biofirmas en ambientes extremos: en la Tierra y en otros mundos
Saber que la Tierra fue, hace casi 2 mil millones de años, un ambiente hostil para los primeros seres vivos ha llevado a la comunidad científica a suponer que sería posible encontrar vida capaz de soportar condiciones extremas en otros mundos.
Debido a que la vida en la Tierra surgió tan temprano en el tiempo geológico y que aquí se han descubierto microorganismos capaces de sobrevivir en condiciones extremas (como altas y bajas temperaturas, alta salinidad, pH bajo o elevado, etc.), se puede suponer que hay más posibilidades para buscar vida, por ejemplo, en exoplanetas con ambientes extremos —similares a los que hay en la Tierra—, y no sólo en exoplanetas con ambientes tan benévolos como los que habitamos los humanos.
Es muy poco probable encontrar biofirmas como el VRE porque implicaría que en otros mundos el curso evolutivo ha sido similar (por varios millones de años), a tal grado que se puede ver la misma firma que en la Tierra. Por esto, es de gran interés para las y los astrobiólogos estudiar los microorganismos extremófilos y entender cómo sobreviven a esos ambientes, además de identificar las biofirmas que dejan como rastro.
En nuestro sistema solar, sólo la Tierra está completamente dentro de la zona habitable, mientras que Marte y Venus están en los bordes de esta región. Marte es un claro ejemplo de un ambiente extremo, y en la Tierra tenemos sitios análogos a Marte, ambientes que tienen condiciones semejantes a algunos puntos de la superficie marciana. Por ejemplo, un ambiente extremo y análogo marciano es la estación de McMurdo en la Antártida, donde hay una temperatura promedio anual de -60 °C –similar a los -63 °C de Marte— y también una aridez muy similar, ya que, literalmente, nunca llueve.
Comprender cómo viven los microorganismos en los ambientes extremos nos ayuda a entender cómo se han preservado sus biofirmas y también qué herramientas se pueden usar para identificarlas. Aún nos faltan muchos ambientes extremos por estudiar que son similares a algunas de las condiciones de mundos extraterrestres. Tenemos buena idea de qué buscar en la Tierra. Sin embargo, encontrar evidencia de vida extraterrestre sigue siendo un reto. Y es que, como ya vimos, hallar evidencia contundente de ello es complicado. Si encontramos algo que parece vida, ¿cómo sabremos que lo es? ¿Qué es lo que necesitamos para buscar vida en ambientes extremos terrestres o extraterrestres?
Nuestro estudio de biofirmas
En nuestro grupo de investigación, en el Laboratorio de Biomarcadores del Instituto de Geología en la UNAM, estamos analizando unas estructuras muy particulares llamadas barnices, una fina cubierta de óxidos de manganeso y hierro que se deposita sobre rocas de ambientes áridos. Aunque aún se desconoce qué papel juegan los microorganismos en la formación de esos barnices, por nuestras observaciones y las de otros grupos en diferentes desiertos del mundo sabemos que están habitados por bacterias y hongos. En esos lugares existen muchos microorganismos a pesar de las condiciones extremas a las que están expuestos, como la escasez de agua, altas dosis de radiación, altas y bajas temperaturas, pocos nutrientes, entre otras. Nuestra propuesta inicial es explorar los barnices del desierto de Samalayuca (Chihuahua) desde una perspectiva geobiológica. Se trata de identificar los grupos biológicos que habitan esos recubrimientos e identificar su posible papel en la formación y en el intemperismo de los barnices.
¿Qué relación tiene nuestra investigación y Marte? Se han identificado rocas en la superficie de Marte que tienen un recubrimiento similar, en composición y color, a la de los barnices terrestres, por lo que se ha propuesto que estas biofirmas constituyen un ambiente análogo a Marte. En este sentido, nuestra investigación contribuirá no solo a entender un microecosistema extremo, sino también a sugerir qué biomarcadores se pueden buscar en la superficie de Marte para quizá encontrar rastros de vida pasada… ¿o presente?
Agradecimientos
Agradecemos el financiamiento del proyecto DGAPA-PAPII IN218323 “Barnices del desierto de Samalayuca, Chihuahua: caracterización y potencial astrobiológico”.
