¿Extraterrestres verdes o morados?

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito: Título: Purple is the new green: biopigments and spectra of Earth-like purple worlds Autoría: Ligia Fonseca Coelho, Lisa Kaltenegger, Stephen Zinder, William Philpot, Taylor L. Price, Trinity L. Hamilton Institución de la primera autora: Department of Astronomy, Cornell University, Ithaca, Estados Unidos Estado: Publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

El color verde es sinónimo de vida, particularmente evidente en los florecientes ecosistemas de exuberantes bosques tropicales, extensas selvas y amplios valles. De hecho, el tono verde de estos paisajes es visible incluso desde el espacio, lo que podría servir como un posible indicador de vida en otros planetas.

Sin embargo, la vida en la Tierra ha estado presente por más tiempo que su color verde. Durante milenios, diversas bacterias y otros microorganismos han florecido en la Tierra, tiñendo el planeta con un espectro de colores moldeado por sus procesos metabólicos y las condiciones de la Tierra primitiva. Entonces, ¿podría la presencia de colores distintos al verde ofrecer información sobre posibles formas de vida en otros planetas?

La fotosíntesis y las bacterias moradas

El verdor de los paisajes de nuestro planeta es consecuencia de un proceso biológico central: la fotosíntesis. En pocas palabras, la fotosíntesis es el proceso de convertir la luz en energía química. Las plantas y algunos microorganismos poseen clorofilas (Figura 1), que son pigmentos que absorben la luz solar para impulsar una serie de reacciones químicas que dividen el agua para producir oxígeno (luego liberado a la atmósfera) y glucosa (la principal fuente de energía para estos organismos).

Como un quisquilloso con la comida, las clorofilas absorben luz en longitudes de onda específicas, principalmente en las partes roja y azul del espectro, mientras que reflejan la luz verde, dando a las plantas su color característico. No sorprende entonces que las comunidades de astronomía y astrobiología hayan buscado “exoplanetas verdes” como señal de posible vida extraterrestre.

Pero hay otro lado de la fotosíntesis: la fotosíntesis anoxigénica. Ciertas bacterias y microorganismos también utilizan este proceso, pero en lugar de producir oxígeno, convierten el sulfuro de hidrógeno en azufre. Para ello, estos organismos emplean otra familia de pigmentos llamados bacterioclorofilas, que son estructuralmente distintos de las clorofilas y absorben otras longitudes de onda: la luz verde, amarilla o incluso infrarroja (Figura 1). Con estas características espectrales, las bacterias y microorganismos anoxigénicos pueden prosperar en ambientes con luz limitada, como bajo el agua o en el suelo.

Como la mayor parte de la luz reflejada por las bacterias y microorganismos que utilizan la fotosíntesis anoxigénica es morada (de ahí el nombre de bacterias moradas), existe también la posibilidad de que la vida más allá de la Tierra no sea exclusivamente verde. Sin embargo, actualmente la mayoría de los modelos disponibles para estudiar la composición química de exoplanetas terrestres, i.e., exoplanetas de composición rocosa, tienden a favorecer los pigmentos verdes debido a la falta de espectros de referencia de las bacterias moradas.

Biopigmentos morados y exoplanetas terrestres

Con el fin de cambiar la tendencia predominante hacia los pigmentos verdes en la búsqueda de vida extraterrestre, el equipo detrás de este artículo llevó a cabo un experimento fascinante. Al cultivar un conjunto de 23 cepas de bacterias moradas en el laboratorio, midieron la reflectividad de sus pigmentos para simular los espectros que podrían producirse en exoplanetas hipotéticos que estuviesen dominados por bacterias de este tipo. Algo así como estudiar cómo se vería un exoplaneta si los organismos que vivieran en él fueran bacterias moradas. En particular, el equipo exploró cómo los pigmentos de especies como Gloeobacter violaceus, Blastochloris viridis y E53 PSB, podrían influir en los espectros de exoplanetas con grandes océanos y análogos a la Tierra, así como en otros entornos exoplanetarios (Figura 2).

Sus hallazgos fueron sorprendentes. El equipo encontró que la bacterioclorofila-b (BChl-b en la Figura 2) exhibe un pico de absorción pronunciado alrededor de ~1000 nm, muy característico y distinto de otras bandas que suelen aparecer en los espectros, lo que la convierte en un candidato muy atractivo a la hora de analizar espectros de exoplanetas terrestres en el futuro. Por otro lado, los biopigmentos como la clorofila-a y la bacterioclorofila-a exhibieron superposiciones con otras bandas espectrales atribuidas al O2 y al O3, particularmente por debajo de los 700 nm, lo que implica una mayor dificultad a la hora de observar estas señales en exoplanetas con la presencia de O2 y O3.

Estos resultados tienen importantes implicaciones para el avance de la modelización atmosférica de exoplanetas terrestres. Muestran la necesidad de incorporar una gama más amplia de biopigmentos en dichos modelos, no sólo para la detección de posibles indicadores de vida en exoplanetas, sino también para identificar con precisión componentes atmosféricos como O2, O3 e incluso H2O, cuyas bandas espectrales pueden superponerse con las de los biopigmentos de los microorganismos que puedan vivir en la superficie.

Nuevas estrategias de observación

Una diferencia clave entre las clorofilas y las bacterioclorofilas, como se ve en la Figura 2, radica en su capacidad de absorción de luz. Mientras que las clorofilas absorben predominantemente dentro del espectro visible, las bacterioclorofilas pueden usar luz roja a infrarroja (por encima de los 800 nm) para impulsar la fotosíntesis. Esto permite que las bacterias moradas florezcan en entornos hostiles y desafiantes aquí en la Tierra.

Pero en el contexto astrobiológico, esta característica espectral también podría permitir que las bacterias moradas prosperen en exoplanetas donde en principio no esperaríamos encontrar vida. Por ejemplo, en aquellos que orbitan estrellas tipo M. Estas estrellas, aunque más frías y más pequeñas que nuestro Sol, emiten radiación en el rango óptimo de absorción y reflectancia de las bacterioclorofilas. Este hallazgo implica que, al igual que la fotosíntesis basada en clorofila prospera bajo la radiación solar, las bacterias moradas podrían prosperar en un exoplaneta que se encuentra bajo la luz de una estrella tipo M.Ya sea que la primera señal de vida más allá de la Tierra sea verde, morada o quizás ambos, la comunidad de astrobiología está reuniendo cada vez más evidencia de lo que podría y no podría indicar vida en otros planetas. Esta reserva de conocimiento será fundamental para dar forma a nuevas estrategias de observación para futuros telescopios como el Extremely Large Telescope y el Habitable Worlds Observatory, mejorando nuestra búsqueda de vida extraterrestre. Hasta entonces, sólo tenemos que seguir haciendo ciencia interesante. Quién sabe, tal vez Hollywood encuentre aquí inspiración para realizar nuevas películas sobre extraterrestres.