La luz de las estrellas enanas rojas se utiliza para cultivar bacterias fotosintetizadoras

Los extremófilos cultivados bajo un simulador de luz estelar sugieren que los exoplanetas orbitando alrededor de estrellas enanas rojas pueden tener condiciones propicias para la fotosíntesis.

Ilustración conceptual microsópica de algas de Corella.
Crédito: Imágenes de Ezume / Shutterstock.

Nuestro vecino astronómico más cercano es Proxima Centauri, una pequeña estrella enana roja a unos 4,25 años luz de aquí. En los últimos años, Proxima se ha convertido en el foco de gran atención. En 2016, los astrónomos descubrieron que albergaba un exoplaneta del tamaño de la Tierra en la zona habitable donde las condiciones deberían ser propicias para el agua líquida. Luego, el año pasado, los astrónomos detectaron una señal de radio inusual que parecía provenir de esa parte del cielo. La fuente más probable de la señal es la interferencia de radio en la Tierra. Pero varios astrónomos han discutido la posibilidad de que podría ser una firma tecnológica de una civilización de Proxima Centauri .

Toda esta emoción enmascara una pregunta mucho más básica y obvia, que es si una enana roja podría albergar vida. Esto se debe a que la luz que produce es mucho más fría, tenue y roja que la luz que sustenta la vida en la Tierra.

Ahora obtenemos una especie de respuesta gracias al trabajo de Riccardo Claudi en el Observatorio Astronómico de Padova en Italia y colegas. Ellos han recreado el espectro de luz de una enana roja y han demostrado que las bacterias pueden recolectarlo para la fotosíntesis.

Su trabajo sugiere que, al menos en lo que respecta al espectro de luz, las enanas rojas tienen la capacidad de albergar formas de vida fotosintéticas. A su vez, esto sugiere el tipo de firma biológica que estas formas de vida podrían presentar a observadores distantes, como nosotros.

Anfitriones de exoplanetas

Primero, algunos antecedentes. Las enanas rojas son los lugares más prometedores para buscar exoplanetas. Esto es porque son pequeñas, por lo que los planetas aparecen más fácilmente cuando pasan por delante y porque tienen poca masa. Esto último hace que los planetas la orbiten más cerca y más rápidamente. Eso significa que sus ocultaciones periódicas son más fáciles de monitorear.

Como resultado, los astrónomos han encontrado un gran número de exoplanetas alrededor de enanas rojas, muchos de ellos orbitando en la zona habitable. Pero incluso para estos planetas, los biólogos han cuestionado si las funciones biológicas básicas como la fotosíntesis podrían operar en estas condiciones más tenues y rojas.

La fotosíntesis es una forma de convertir la energía luminosa en energía química que las plantas y las bacterias pueden utilizar como combustible. Funciona solo dentro de un cierto rango de longitudes de onda. Durante mucho tiempo, los biólogos pensaron que esto se extendía desde alrededor de 400 nanómetros (violeta) a 700 nanómetros (rojo lejano).

La luz con longitudes de onda más cortas en el ultravioleta es demasiado energética y tiende a dañar las células y la maquinaria molecular que contienen. A su vez, la luz de longitud de onda más larga en el infrarrojo no tiene suficiente energía para romper los enlaces químicos. Esto hace que no se pueda aprovechar para la fotosíntesis.

Sin embargo, en los últimos años, los investigadores han descubierto cianobacterias extremófilas con clorofila que amplían los límites conocidos de la fotosíntesis. Ellas recolectan luz en longitudes de onda de hasta 750 nanómetros. Estos organismos pueden sobrevivir en ambientes con poca luz donde perecerían otras bacterias.

¿Podrían sobrevivir algunos tipos de cianobacterias con la luz de una enana roja?

Para Claudi y sus colegas, la pregunta obvia es si estas mismas cianobacterias podrían sobrevivir con la luz de una enana roja. Entonces decidieron averiguarlo.

El equipo creó un entorno que simula el espectro de luz que producen las estrellas enanas rojas. Tiene poca luz azul y verde pero mucha luz roja; también es más tenue. El medio ambiente del laboratorio también puede reproducir el espectro de la luz solar ordinaria e incluso producir solo luz roja lejana. Luego, el equipo intentó cultivar varios tipos de bacterias en estos entornos.

Estas bacterias incluían Chlorogloeopsis thermalis, una cianobacteria extremófila capaz de realizar la fotosíntesis en luz roja lejana y que prospera en aguas termales. Las bacterias también incluyeron Synechocystis sp. PCC 6803, una cianobacteria bien estudiada que no puede captar la luz roja lejana.

Cosechadoras de luz estelar

Los resultados seguramente entusiasmarán a los astrobiólogos.  Chlorogloeopsis thermalis pudo crecer bajo un espectro de luz de enanas rojas e incluso bajo luz roja solamente. Sin embargo, Synechocystis sp. PCC 6803 no creció bajo la luz roja solamente. Pero, curiosamente, creció bajo un espectro de enanas rojas, donde pudo cosechar la luz no roja que produce la estrella.

Eso descarta la idea de que las enanas rojas no producen luz que la vida pueda cosechar. Pero no es una prueba de que estas estrellas realmente sustenten vida. De hecho, hay muchos otros obstáculos potenciales en lo que respecta a la vida.

A los astrobiólogos les preocupa que los exoplanetas alrededor de las enanas rojas no tengan suficiente agua u otras sustancias químicas volátiles. Su ausencia los deja expuestos a demasiados rayos ultravioleta extremos a los que estas estrellas son propensas. Estos factores están más allá del alcance del presente documento.

Signos reveladores de la fotosíntesis para observadores distantes

Sin embargo, si la fotosíntesis es posible en estos exoplanetas, es posible que muestren los signos reveladores a los observadores distantes. Estos pueden incluir una atmósfera rica en oxígeno. El oxígeno de la Tierra es el resultado de la fotosíntesis. Sin embargo, algunos geólogos planetarios dicen que esa atmósfera también podría ser creada por la luz solar que descompone el agua en hidrógeno y oxígeno.

Una firma más persuasiva sería un «borde rojo», una fuerte caída en el espectro de luz reflejada causada por la absorción fotosintética en la superficie. Presumiblemente, estos tendrían longitudes de onda mucho más largas que el borde rojo que produce la Tierra.

Esto sería una evidencia tentadora porque no se conoce ningún mineral natural que pueda hacer que una superficie planetaria refleje la luz de esta manera.

Esperando el Telescopio James Webb

Al menos no deberíamos tener que esperar mucho para saber más. La próxima generación de telescopios espaciales está diseñada para buscar exactamente este tipo de evidencia. En particular, el telescopio James Webb, el reemplazo de Hubble, está programado para su lanzamiento a finales de este año. Con él, se debería poder estudiar la naturaleza de los exoplanetas que orbitan otras estrellas por primera vez. Los astrobiólogos se están lamiendo los labios.

El paper:

Fuente: Astronomy Magazine.

Artículo original: «Red dwarf starlight used to grow photosynthesizing bacteria«.  The Physics arXiv Blog  /  Published: January 21, 2021.

Material relacionado

La primera vez que observamos la Tierra en búsqueda de signos de vida: Carl Sagan y el «borde rojo» astrobiológico

La nave espacial Galileo saliendo de la bahía de carga del transbordador espacial Atlantis. Galileo se lanzó desde el transbordador espacial Atlantis, durante la misión STS-34 el 18 de Octubre de 1989. A partir de ahí, se inició un refuerzo de inercia de etapa superior  y comenzó sus maniobras únicas de «VEEGA», o Venus, Earth, Earth, Gravity Assist.
Crédito: NASA.

Un ejercicio útil para aprender a buscar vida en otro lugar es tratar de encontrarla aquí mismo en la Tierra. 

La idea, propuesta por el inolvidable Carl Sagan y su equipo, fue puesta en práctica por ellos durante el sobrevuelo a la Tierra de 1993 de la nave espacial Galileo, que estaba haciendo una maniobra de asistencia gravitatoria en su ruta a Júpiter.

De los datos obtenidos con los instrumentos a bordo de dicha nave espacial Sagan y su equipo encontraron entre otros hallazgos de relevancia para la biología, pigmentos en la superficie de la Tierra con un borde claramente definido en la parte roja del espectro. Lo que estaban viendo era el reflejo de la luz de la vegetación. 

Desde entonces el «borde rojo» se ha hecho muy conocido en los círculos de astrobiología y se considera una posible firma biológica.

El siguiente artículo lo presenta y contiene además en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos, entre los que se encuentran los hallazgos de la misión Galileo:

Galileo obtuvo esta imagen en color de la Tierra aproximadamente a las 6:10 a.m., hora estándar del Pacífico, el 11 de diciembre de 1990. La nave espacial se encontraba a aproximadamente 1.3 millones de millas del planeta durante el primero de los dos sobrevuelos de la Tierra. Galileo iba camino a Júpiter. El compuesto de color utilizaba imágenes tomadas a través de los filtros rojo, verde y violeta. América del Sur está cerca del centro de la imagen, y el continente blanco e iluminado por el Sol, la Antártida, está debajo. 
Pintorescos frentes climáticos son visibles en el Atlántico Sur, abajo a la derecha. 
Este es el primer fotograma de la película Galileo Earth. Es una imagen en movimiento de 500 fotogramas que muestra un período de 25 horas de rotación de la Tierra y dinámica atmosférica.
Crédito:NASA / JPL.

Nota: La misión Galileo abrió el camino de observar la Tierra en búsqueda de signos de vida. Después de ella todas las misiones que en su camino obtuvieron asistencia gravitatoria de la Tierra, lo han repetido. Una de las misiones más recientes en hacerlo fue OSIRIS REx, según lo detalla el siguiente artículo:

Exoplaneta Tierra: una selfie definitiva para encontrar mundos habitables

La Tierra, capturada por los astronautas del Apolo 8. Nuestro planeta es muy brillante desde la superficie de la Luna. Esto permite que cualquier misión para monitorearla desde allí podría emplear una simple lente gran angular de ojo de pez. 
Crédito: 
 NASA
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En la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, un equipo de investigadores están realizando un estudio. Ellos están investigando lo que los algoritmos de inteligencia artificial (IA) podrían «ver» dentro de la luz que rebota de exoplanetas similares a la Tierra. La Astrofísica Dora Klindzic está particularmente interesada en la polarización de la luz, las orientaciones en las que vibran los fotones.

La polarimetría tiene una gran precedencia en la ciencia planetaria. En la década de 1970, James Hansen de la NASA lo usó para revelar que las nubes de Venus estaban hechas de ácido sulfúrico . Más recientemente, el Gemini Planet Imager en Chile realizó estudios de polarimetría de los discos protoplanetarios que rodean las estrellas recién formadas. El objetivo fue obtener imágenes y medir directamente la composición de cualquier gigante gaseoso joven.

Klindzic cree que las huellas dactilares de características de la superficie terrestre, también se transmiten en los fotones vibrantes que los exoplanetas rocosos reflejan al espacio.

El siguiente artículo lo presenta y contiene una selección de recursos sobre el tema

Un Eclipse lunar total: una oportunidad para observar la Tierra como un planeta en tránsito

El Sol visto desde el cráter Tycho en la Luna durante un eclipse lunar total en la Tierra. Cuando el Sol se pone detrás del Pacífico norte, su disco desaparece completamente detrás de la Tierra. 
Crédito: AIP / Strassmeier / Fohlmeister.

Durante más de 20 años, los astrónomos han observado planetas extraterrestres de innumerables composiciones y masas diferentes. Pero, ¿y si alguien (o algo) en esos exoplanetas nos mirara, qué verían?

Gracias a un nuevo e ingenioso estudio, los científicos tienen una respuesta.

Sobre los sistemas de exoplanetas entorno a estrellas enanas rojas

mpresión artística de la estrella enana roja TVLM 513-46546. 
Las observaciones de ALMA sugieren que tiene un campo magnético increíblemente poderoso (mostrado por las líneas azules), potencialmente asociado con una ráfaga de erupciones parecidas a una llamarada solar. 
Crédito: NRAO / AUI / NSF; Dana Berry / SkyWorks.

Nuestro Sol es una estrella relativamente tranquila que solo ocasionalmente libera erupciones solares o explosiones de partículas energéticas que amenazan los satélites y las redes eléctricas. 

Se podría pensar que las estrellas más pequeñas y frías serían aún más tranquilas. 

Sin embargo, los astrónomos ahora han identificado una pequeña estrella con un temperamento monstruoso. Muestra evidencia de erupciones mucho más fuertes que cualquier cosa que produzca nuestro Sol.

Si estrellas similares demuestran ser tan tormentosas, es probable que los planetas potencialmente habitables que orbitan en ellas sean mucho menos hospitalarios de lo que se pensaba anteriormente.

El tema está tratado en el siguiente artículo :

Las mini fulguraciones amenazan la vida en exoplanetas entorno a estrellas enanas rojas

Impresión artística de la estrella enana roja TVLM 513-46546. 
Las observaciones de ALMA sugieren que tiene un campo magnético increíblemente poderoso, potencialmente asociado con una ráfaga de erupciones parecidas a una llamarada solar. 
Crédito:
 NRAO / AUI / NSF; Dana Berry / SkyWorks.

Un nuevo estudio de datos archivados de la nave espacial Galaxy Evolution Explorer (GALEX) revela lo difícil que puede ser la vida en exoplanetas como los del sistema TRAPPIST-1:

Extendiendo la zona habitable de estrellas enanas rojas

Las enanas rojas, también conocidas como estrellas M, son tenues en comparación con las estrellas como nuestro Sol y solo del 10 al 20 por ciento son masivas. Constituyen aproximadamente las tres cuartas partes de las estrellas en la galaxia, y recientemente los científicos descubrieron que las enanas rojas son mucho más comunes de lo que se pensaba , representando al menos el 80 por ciento del número total de estrellas.

Los investigadores dicen que este tipo de estrellas podrían tener zonas habitables más grandes amigables con la » vida tal como la conocemos» de lo que alguna vez se pensó:

Las estrellas enanas rojas y los exoplanetas que las orbitan

La ilustración de un artista muestra un exoplaneta orbitando una estrella enana roja. Las enanas rojas, o enanas M , tienden a ser magnéticamente activas, mostrando prominencias de arco gigantescas, una gran cantidad de manchas solares oscuras y (especialmente al principio de la vida de la estrella) llamaradas violentas que podrían despojar la atmósfera de un planeta cercano con el tiempo, o hacer que la superficie sea inhóspita. a la vida tal como la conocemos.
Crédito: NASA / ESA / G. Bacon (STScI)
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Buscar exoplanetas habitables entorno a estrellas enanas rojas, es un objetivo potencialmente rico, pero con algunos inconvenientes que se han comprendido mejor en los últimos años. 

No sólo la mayoría de los planetas que orbitan alrededor de estas estrellas enanas rojas están acoplados por el efecto de las mareas gravitatorias, con un lado siempre de cara a la estrella y el otro en la oscuridad, sino que también  la historia de la vida de los enanas rojas es problemática.  Comienzan con poderosas fulguraciones que muchos científicos dicen que esterilizarían para siempre a los planetas cercanos.

Además, se teoriza que son propensos a perder cualquier remanente de agua que posean, incluso si las fulguraciones  estelares no logran  hacerlo.

Un análisis lo presenta el siguiente artículo, que además contiene en su apartado «Material relacionado» una selección de recursos que ilustran el tema:

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