Arxiu del Bloc

L’efecte accelerat del canvi climàtic a l’ecosistema àrtic

12 febrer 2016

Click here for the english version: The effect of rapid climate change in the Arctic ecosystem

 

L’oceà Àrtic o l’Àrtida

Curiosament i casualment, “àrtic” prové de la paraula grega αρκτος -arctos-, que vol dir “ós”, i és una referència a la constel·lació Óssa Menor, on hi ha l’estrella Polar, que assenyala el pol nord geogràfic.

L’Àrtic, o també anomenat Àrtida, constitueix un ecosistema únic de la Terra, format per una extensa banquisa, o sigui un oceà cobert de gel, a vegades considerat com la part nord de l’oceà Atlàntic, i que està envoltat per terra que és permagel (permafrost), amb absència absoluta d’arbres. La vida a l’Àrtida consta d’organismes adaptats al gel, incloent zooplàncton i fitoplàncton, peixos, mamífers marins, ocells, animals terrestres, plantes i societats humanes totalment adaptades a les condicions extremes de l’entorn.

Degut a l’escalfament global, les isotermes estan avançant en direcció nord a un ritme superior als 50 km per dècada durant els últims 30 anys, de manera que si definim l’àrtic a partir de la temperatura o de la línia d’arbres la seva extensió està disminuint, cosa de la qual l’efecte més visible és la reducció de la banquisa.

 

Canvi climàtic antropogènic: Escalfament global i especialment a l’Àrtic

Doncs sí: el canvi climàtic ja és aquí i és generat per les activitats humanes, o sigui és antropogènic. A la Terra hi han hagut prèviament oscil·lacions de la temperatura global causades per fenòmens naturals, normalment variacions cícliques i de llarga durada. Per exemple les glaciacions des de fa uns 2 milions d’anys es repeteixen cada 100.000 anys i la última època glacial va acabar fa 15.000 anys. Per tant ara vivim es un període interglacial i la propera glaciació podria esdevenir no abans d’uns 50.000 anys. La causa d’aquest cicle de glaciacions sembla que són les variacions orbitals de la Terra, que donen lloc a una menor insolació a les latituds altes de l’hemisferi Nord durant els períodes glacials.

L’activitat solar, com la d’altres estrelles, també té cicles i aproximadament cada 600 anys hi ha uns períodes de molt poca activitat (molt poques taques i absència d’aurores), amb menor emissió d’energia, que es corresponen amb períodes freds en el clima terrestre. El darrer mínim fou els anys 1645-1715, i per tant des de mitjans del segle XVIII gaudim d’un màxim d’activitat, amb petits cicles de màxims i mínims de 11 anys.

Descomptant aquestes variacions naturals, és evident que al llarg del segle XX i sobretot des dels anys 1960 hi ha hagut un increment constant de la temperatura mitjana global (Figura 1), fins assolir quasi 1ºC més que a l’inici del segle XX. Als primers anys d’aquest segle XXI la tendència s’està agreujant. Els últims 10 anys han estat els més calorosos des que es porten registres i les prediccions són a seguir augmentant. La majoria dels experts estan d’acord en què els humans exerceixen un impacte directe sobre aquest procés d’escalfament, conegut com a efecte d’hivernacle. Els causants d’aquest efecte són els components gasosos de l’atmosfera, i sobretot el CO2, que ha anat augmentant en paral·lel a la pujada de temperatures, des d’unes 300 ppm a inicis del s. XX fins als quasi 400 ppm actuals. Aquest CO2 i altres gasos com el mateix vapor d’aigua, el metà i altres exclusivament antropogènics, absorbeixen la radiació i el resultat és que l’atmosfera s’escalfa encara més.

Fig 1 gistemp_preI_2015 reg Temp

Figura 1. Increment de la temperatura mitjana global respecte l’inici del segle XX (tret de GISTEMP).

 

Aquest escalfament global és especialment manifest a l’Àrtida. Els increments de temperatura son més elevats a les latituds nòrdiques, especialment als 60-70º N, on aquest desembre passat (Figura 2) han arribat a ser fins 9ºC superiors a la mitjana en grans extensions del nord d’Amèrica i Euràsia. És el que s’anomena amplificació d’escalfament polar (PWA, Polar Warming Amplification). La causa d’aquest sobreescalfament de l’Àrtida respecte la resta de la Terra en part és degut a la pèrdua de neu i gel (un efecte retroactiu, com un peix que es mossega la cua) perquè la major superfície de terra i aigua absorbeix més energia solar que el blanc del gel (efecte albedo), però també s’està veient que el PWA és degut en part al transport dinàmic atmosfèric, que transporta energia tèrmica i núvols des de les regions subtropicals cap al nord (Taylor et al 2013).

Fig 2 GISTEMP planisferi.png

Figura 2. Anomalia tèrmica registrada aquest desembre 2015 respecte la mitjana 1951-1980 (tret de GISTEMP).

 

A banda de les conseqüències que aquest escalfament està tenint sobre el gel de l’Àrtic que tot seguit comentarem, un altre problema greu és la fosa del permagel (permafrost), ja que aleshores s’allibera el gas metà atrapat sota el terra gelat, i les quantitats ingents de metà alliberat, com a gas d’efecte hivernacle, contribuiran encara més a accelerar l’escalfament global.

 

Cada cop menys gel a l’Àrtic

Les tendències linears de l’extensió del gel marí o banquisa de l’Àrtic des del 1979 fins ara són negatives any rere any, per a qualsevol mes que es consideri, però és més manifest comparant els setembres, al final de l’estiu quan es va fonent la banquisa (Figura 3). Dels aproximadament 7 milions km2 mínims del setembre (el màxim al mars són uns 16 milions), s’han fos uns 100.000 km2 per any, quasi un 9% cada 10 anys (Serreze et al 2007), de tal manera que ara hi ha pràcticament la meitat que el 1979 (Figura 4).

Fig 3 seaice1979vs2012 The Cryosphere Today

Figura 3. Comparació de l’extensió de la banquisa (en color roig) de setembre 1979 amb la de 2012 (tret de The Cryosphere Today).

Fig 4 fig 7 Reeves mod

Figura 4. Extensió mitjana mensual del mar de gel àrtic des de 1979 (Reeves et al 2013).

 

A més de la reducció en superfície de la banquisa, cal tenir en compte la reducció en volum, que representa que actualment és un terç del que hi havia el setembre 1979.

Hi ha una gran diferència entre els diferents models de predicció sobre la desaparició del mar de gel àrtic. La meitat d’ells en preveuen la total o pràctica desaparició el setembre del 2100. Les prediccions es mouen des del setembre del 2040 les menys optimistes, fins ben passat el 2100 les altres (Serreze et al 2007).

Uns altres problemes derivats de la desaparició de la banquisa són per un costat el trànsit de vaixells, que podrien escurçar distàncies dels trajectes entre els ports dels països septentrionals, i per un altre costat l’explotació de camps petrolífers i altres combustibles fòssils i minerals, ja que a l’Àrtida hi ha una bona part de les reserves mundials (Figura 5).

Fig 5 reeves figs 4 i 5

Figura 5. Esquerra: previsió de les rutes de vaixells de mar obert (en blau) i per a trencaglaços mitjans (en vermell) per a 2040-2059. Dreta: Distribució de les principals reserves de petroli i gas, tant les regions possibles (groc), com les llicències (vermell) i els pous en explotació o per explotar (negre). La línia discontínua senyala el límit CAFF de conservació de fauna i flor àrtica declarada pel Grup de Treball del Consell Àrtic (www.arctic-council.org). Imatges de Reeves et al 2013.

 

Conseqüències ecològiques de la desaparició de la banquisa de gel àrtic

Hi ha molts organismes vinculats a la banquisa. Els óssos blancs vagaregen sobre la banquisa àrtica, per la qual cosa es tem pel seu destí, i molts peixos, foques i crustacis (krill) formen una cadena tròfica que arrenca de les algues que creixen sota el glaç, en un ambient molt constant i enriquit en nutrients, especialment favorable per a la vida marina (Figura 6 A). La banquisa flotant a l’estiu és un corredor de dispersió de vertebrats terrestres (les guineus àrtiques per exemple) i plantes.

La progressiva desaparició de la banquisa i l’escalfament a la costa àrtica comporta una sèrie de desequilibris ecològics (Figura 6 B). Veiem per exemple com les morses obligades a romandre agrupades a terra tenen més predisposició de transmissió de malalties. La pèrdua de banquisa disminueix els corredors de dispersió i aleshores les poblacions terrestres queden més aïllades, amb la qual cosa es restringeix el flux genètic. Els óssos polars i altres predadors que cacen a la banquisa ho tenen molt més difícil i les seves poblacions perillen. La productivitat del fitoplàncton disminueix notablement, amb la qual cosa es redueix el zooplàncton, i aleshores tota la cadena tròfica (peixos, foques, etc.) es veu afectada (Post et al 2013).

Fig 6 Post F1.large

Figura 6. Interaccions ecològiques influïdes pel gel marí. A: La distribució i estacionalitat de la banquisa influeix en l’abundància, distribució i interaccions de tot l’ecosistema en equilibri. B: La major durada del període sense gel i la menor extensió de la banquisa tenen conseqüències nefastes en l’equilibri de l’ecosistema (Post et al 2013).

 

L’ós blanc es busca la vida

L’ós blanc o polar (Ursus maritimus) es considera un animal en perill d’extinció. Només en queden uns 25.000 exemplars en tot el món. L’impacte del canvi climàtic afecta al seu hàbitat exclusiu de les regions polars i les previsions apunten que amb pocs anys el gel de la banquisa àrtica es pot fondre permanentment i l’ós polar pot extingir-se a causa de l’escalfament de la zona.

L’ós blanc és bàsicament carnívor, a diferència dels altres óssos com els bruns, i subsisteix sobretot caçant foques a la banquisa. Amb la desaparició progressiva del gel, té més problemes per trobar preses, i alguns han començat a aprendre a agafar els salmons dels rius, com veiem a les imatges (Figura 7).

Fig 7a maxresdefault

Fig 7b Videos-de-Animales-oso-polar-cazando-salmon

Figura 7. Ós blanc dedicant-se a la pesca de salmons per tal de subsistir (www.youtube.com/watch?v=9m_Q9Ojbcmw).

 

També s’han vist grups d’óssos blancs en alta mar pescant (vegeu el vídeo) capbussant-se i emergint alternativament igual que si fossin dofins o marsopes. Malgrat aquestes petites adaptacions, aquesta alimentació és molt minsa i està clar que les seves poblacions estan minvant molt ràpidament.

 

Les orques prosperen cap al nord

La desaparició de la banquisa boreal és un canvi ecològic dràstic que està provocant la desaparició d’algunes espècies com l’ós blanc, però amb aquests desequilibris curiosament algunes altres espècies en surten beneficiades. És el cas de l’orca (Orcinus orca), que està prosperant cada cop més al nord (Figura 8).

Fig 8a killer-whale-mother-calf-antarctica-820x473

Fig 8b Young 2011 Polar Res Fig1

Figura 8. Llocs (senyalats amb números) de l’Àrtic canadenc on s’han fotografiat grups d’orques repetidament entre 2004 i 2009 (Young et al 2011).

 

Els esquimals inuit, habitants de tot l’Àrtic americà (des del Quebec a Alaska incloent la badia de Hudson i les illes adjacents) i la costa occidental de Groenlàndia, són els primers testimonis des de mitjans del segle XX de l’observació d’orques en les seves aigües, desconegudes abans. A més a més, aquests darrers anys els científics n’han fet nombrosos albiraments, s’han fotografiat individualment (Young et al 2011) i s’han seguit els seus recorreguts mitjançant bioacústica (Ferguson et al 2010) i altres tècniques.

Fig 9a Narwhals_breach-1024x651

Fig 9b narwhal_hunt_top_image-e1415394076242

Figura 9. (Dalt): Narvals amb el característic gran ullal que donà lloc al mite de l’unicorn. (Baix): Grup d’orques atacant els narvals arraconats a la platja. Vegeu el vídeo de PBS Nature.

Des de fa uns anys els atacs de les orques sobre els narvals (com a la Figura 9) han estat observats repetidament pels esquimals inuits i estudiats en detall per diversos científics. Laidre et al (2006) observaren que abans d’acostar-se les orques, els narvals tendeixen a agrupar-se i nadar més silenciosament i molt a prop de la platja, en aigües poc fondes. Durant l’atac, els narvals es dispersen notablement però tanmateix, la mortalitat és molt elevada. Després de la depredació, que pot durar algunes hores, s’han observat taques olioses a la superfície marina provinents del greix dels narvals depredats (Figura 10).

Fig 10 orques greix

Figura 10. Grup d’orques envoltades per taques d’oli a la superfície marina, provinents del greix dels narvals que han depredat (Laidre et al 2006).

Els atacs de les orques sobre els narvals són tan freqüents i eficaços que ja comencen a afectar la seva població. Els efectes encara són pitjors en altres cetacis amb menor població com les balenes de Groenlàndia (Balena mysticetus, bowhead), que pràcticament ja són en extinció. (Figura 11).

Fig 11 orques prey Ferguson 2010

Figura 11. Esquema de les proporcions de preses d’un grup d’orques de la badia de Hudson (Ferguson et al 2010).

 

En conclusió, el canvi climàtic antropogènic està afectant severament l’ecosistema àrtic (i tots els altres), i malgrat que se’n va prenent consciència, les mesures polítiques efectives per disminuir les emissions del CO2 i altres gasos hivernacle són tan minses, que difícilment arribaran a temps. Estem portant al planeta Terra a una extinció massiva d’espècies i uns canvis ecològics mai vistos en la història dels humans.

Fig 0 polar-bear

La imatge ho diu tot: l’ós blanc o polar s’està quedant sense hàbitat.

 

Bibliografia

Arctic Council: http://www.arctic-council.org

Ferguson S.H., Higdon J.W. & Chmelnitsky E.G. (2010) The rise of killer whales as a major Arctic predator. In S.H. Ferguson, et al. (eds.): A little less Arctic: top predators in the world’s largest northern inland sea, Hudson Bay. Pp. 117–136. New York: Springer

GISTEMP, Goddard Institute for Space Studies Surface Temperature Analysis (NASA-GISS): http://data.giss.nasa.gov/gistemp/

Hawkings E (2014) nov 28: http://www.climate-lab-book.ac.uk/2014/hiatuses-in-the-rise-of-temperature/

Laidre KL, Heide-Jørgensen MP, Orr J (2006) Reactions of narwhals, Monodon monoceros, to killer whale, Orcinus orca, attacks in the Eastern Canadian Arctic. Can. Field Nat., 120, 457–465

Morell V (2012) Killer whale menu finally revealed. http://www.sciencemag.org/news/2012/01/killer-whale-menu-finally-revealed

PBS Nature: http://www.pbs.org/wnet/nature/invasion-killer-whales-killer-whales-attack-pod-narwhals/11165/

Post et al. (2013) Ecological Consequences of Sea-Ice Decline. Science. DOI: 10.1126/science.1235225: http://www.carbonbrief.org/knock-on-effects-for-wildlife-as-the-arctic-loses-ice

Reeves RR et al (2014) Distribution of endemic cetaceans in relation to hydrocarbon development and commercial shipping in a warming arctic. Marine Policy 44, 375-389

Serreze MC, Holland MM, Stroeve J (2007) Perspectives on the Arctic’s shrinking sea-ice cover. Science 315, 5818, 1533–6.

Taylor PC, Cai M, Hu A, Meehl J, Washington W, Zhang GJ (2013) Decomposition of feedback contributions to Polar Warming Amplification. J Climate 26, 7023-43

The Cryosphere Today: http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Climate_change

Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Arctic

Young BG, Jeff W. Higdon JW, Steven H. Ferguson SH (2011) Killer whale (Orcinus orca) photo-identification in the eastern Canadian Arctic. Polar Research Vol 30

Anuncis

Tenim clostridis bons al budell i alguns eviten les al·lèrgies

 Click here for the english version: We have good clostridia in the gut and some of them prevent allergies 

1 març 2015

Clostridis: qui són ?

Els clostridis o clostridials, amb el gènere Clostridium i altres relacionats, són bacteris grampositius esporulats anaerobis estrictes, del fílum taxonòmic Firmicutes. Aquest fílum inclou a més dels clostridis, els aerobis esporulats bacil·lals (Bacillus, Listeria, Staphylococcus i altres) i els anaerobis aero-tolerants lactobacil·lals (o sigui els meus amics bacteris làctics: Lactobacillus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Lactococcus, Streptococcus etc). Tots els Firmicutes tenen formes regulars de coc o bacil i constitueixen la branca evolutiva de bacteris grampositius amb contingut baix de G+C al seu DNA. L’altra gran branca evolutiva de bacteris grampositius són els Actinobacteris, d’alt G+C i de formes més irregulars, que inclou Streptomyces, Corynebacterium, Bifidobacterium i Propionibacterium entre altres.

flora_cover

 

 

Com són anaerobis, els clostridis tenen un metabolisme fermentatiu, tant de carbohidrats i d’aminoàcids, essent els principals responsables de la descomposició anaeròbica de les proteïnes, coneguda com a putrefacció. Poden viure en hàbitats molt diversos, però sobretot al sòl i sobre material vegetal i animal en descomposició. Com veurem tot seguit, també formen part de la microbiota intestinal humana i d’altres vertebrats.

Els clostridis més coneguts són els dolents (Figura 1): a) C. botulinum, que produeix la botulina del botulisme, encara que avui dia té aplicacions mèdiques i cosmètiques, com sabeu (Botox); b) C. perfringens, agent de la gangrena; c) C. tetani, que causa el tètanus; i d) C. difficile, causa de diarrea postantibiòtica i algunes colitis hospitalàries.

clostridium_bacteria

Figura 1. Les 4 espècies més patògenes de Clostridium. Imatge treta de http://www.tabletsmanual.com/wiki/read/botulism

 

Clostridis a la microbiota intestinal

Tal com comentava a un post anterior (Bacteris de l’intestí ……) d’aquest mateix blog, al tracte gastrointestinal humà hi ha un ecosistema complex, i divers segons els individus i l’edat, amb un total de 1014 microorganismes. La majoria d’aquests són bacteris, a banda d’alguns arquees metanògens (un 0.1%) i algun eucariota (llevats i fongs filamentosos). Quan es fan aïllaments clàssics microbiològics a partir de mostres del colon i es cultiven els aïllats s’obtenen unes 400 espècies microbianes i els grups més assenyalats són proteobacteris (sobretot enterobacteris, com E. coli), firmicutes com Lactobacillus i alguns Clostridium, actinobacteris com Bifidobacterium, i alguns Bacteroides. Entre tots aquests aïllats s’han reconegut alguns amb efecte positiu sobre la salut i que són emprats com a probiòtics, com Bifidobacterium i Lactobacillus, bacteris considerats GRAS (Generally Recognized As Safe).

Però des de fa uns 10 anys les tècniques moleculars independents de cultiu, de seqüenciació dels gens del RNA ribosomal, han revelat moltes més espècies, arribant a ser unes 1000. Com veiem a la Figura 2, treta de la bona revisió de Rajilic-Stojanovic et al (2007), hi ha dos grups que tenen molts més representants dels que es pensava: Bacteroides i els clostridials.

 

Rajilic 2007 Fig 1

 

Figura 2. Arbre filogenètic basat en les seqüències gèniques del 16S rRNA dels diversos filotipus trobats al tracte gastrointestinal humà. La proporció de filotipus cultivables o no cultivables de cada grup està representada pel color des del blanc (cultivables) passant pel gris fins al negre (no cultivables). Per a cada grup filogenètic s’indiquen el nombre de filotipus diferents (Rajilic-Stojanovic et al 2007)

 

En estudis més recents relacionats amb la dieta com el fet per Walker et al (2011) amb mostres fecals de voluntaris s’han estimat les poblacions dels diversos grups mitjançant PCR quantitativa del DNA del 16S rRNA. Els grups més nombrosos, amb un 30% cadascun, han estat Bacteroides i els clostridials. Entre aquests destaquen Faecalibacterium prausnitzii (11%), Eubacterium rectale (7%) i Ruminococcus (6%). Com veiem el grup dels clostridials inclou nombrosos gèneres diferents del conegut Clostridium.

De fet, si considerem la població de cada espècie present al tracte gastrointestinal humà, la més abundant sembla ser un clostridial: F. prausnitzii (Duncan et al 2013).

 

Beneficis d’alguns clostridials

Aquests darrers anys s’ha anat veient que precisament són algunes espècies de clostridials, del gèneres Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia i Anaerostipes (Duncan et al 2013), les que més contribueixen a la producció dels àcids grassos de cadena curta (AGCC, SCFAs en anglés) al colon. Els clostridials fermenten els carbohidrats de la dieta que s’escapen de la digestió produint els AGCC, bàsicament acetat, propionat i butirat, que es detecten a la femta (50-100 mM), i que són absorbits a l’intestí. L’acetat és metabolitzat sobretot pels teixits perifèrics, el propionat és gluconeogènic, i el butirat és la principal font d’energia de l’epiteli del colon. Els AGCC en total arriben a ser el 10% de l’energia obtinguda per l’hoste humà. Alguns d’aquests clostridials com Eubacterium i Anaerostipes també utilitzen com a substrat el lactat produït per altres bacteris com els làctics i Bifidobacterium, per produir igualment els AGCC (Tiihonen et al 2010).

 

Els clostridis de la microbiota protegeixen de la sensibilització per al·lèrgens dels aliments

Efectivament, això és el que han demostrat Stefka et al (2014) en un recent treball excel·lent, com a darrera troballa dels aspectes positius dels clostridis de la microbiota. En administrar al·lèrgens (Ara h) del cacauet (Arachis hypogaea) a ratolins que havien estat tractats amb antibiòtics o a ratolins sense microbiota (Germ-free, criats en ambient estèril), observaven que hi havia una hiperreactivitat al·lèrgica sistèmica, amb inducció de immunoglobulines específiques, o sigui, una sensibilització.

En els ratolins tractats amb antibiòtics s’observava una reducció significativa de la microbiota en el nombre de bacteris (analitzant els gens del 16S rRNA) a l’íleon i a la femta, i a més s’alterava la biodiversitat, de tal manera que els Bacteroides i clostridials predominants en condicions normals quasi desapareixien i en canvi augmentaven només els lactobacils.

Per veure el paper d’aquests grups predominants a la microbiota, Stefka et al. van colonitzar l’intestí de ratolins sense microbiota amb Bacteroides, i altres amb clostridis. Això és el que se’n diuen animals gnotobiòtics, o sigui animals dels que se sap exactament quins tipus de microorganismes contenen.

Doncs bé, Stefka et al. han demostrat que la colonització selectiva de ratolins gnotobiòtics amb clostridis els confereix una protecció enfront els al·lèrgens del cacauet, cosa que no passa amb Bacteroides. Per a la colonització amb clostridis, van utilitzar una suspensió d’espores extretes de mostres fecals de ratolins sans, i van confirmar que les seqüències gèniques d’aquest extracte corresponien sobretot a membres dels clostridials.

Així doncs, en efecte, els ratolins colonitzats amb clostridis presentaven menors nivells de l’al·lergen al sèrum (Figura 3), tenien menor contingut d’immunoglobulines, no hi havia inflamació del cec, i la temperatura corporal es mantenia. Els ratolins tractats amb antibiòtics que havien presentat la reacció hiperal·lèrgica en administrar-los els antígens també reduïen la reacció en colonitzar-los amb els clostridis.

 

fig 4 skefta

Figura 3. Nivells de l’al·lergen “Ara h” del cacauet en sèrum després de la ingesta de cacauets, en ratolins sense microbiota (Germ-free), colonitzats amb Bacteroides (B. uniformis) i colonitzats amb clostridis (Clostridia). Tret de Stefka et al (2014).

 

A més, en aquest treball exhaustiu, Stefka et al. han realitzat una anàlisi transcriptòmica amb microarrays de les cèl·lules de l’epiteli intestinal dels ratolins i han trobat que els gens de producció de la citoquina IL-22 estan induïts als animals colonitzats amb clostridis, i que aquesta citoquina redueix la captació de l’al·lergen per part de l’epiteli i per tant n’evita l’entrada a la circulació sistèmica, contribuint també a la protecció enfront la hipersensibilització. Tots aquests mecanismes han estat revisats per Cao et al (2014) i en veiem un esquema a la Figura 4.

En conclusió, amb això s’obren noves perspectives d’estudis per prevenir les al·lèrgies alimentàries mitjançant la modulació de la composició de la microbiota intestinal. Tot plegat, afegint aquestes qualitats antiinflamatòries a més de les esmentades de producció de butirat i altres AGCC, i del consum de lactat, caldrà anar pensant en la possible utilització de clostridials per a candidats com a probiòtics, a banda dels reconeguts Lactobacillus i Bifidobacterium.

 

fig 4 Cao b

 

Figura 4. Esquema de la inducció dels clostridis sobre la producció de citoquines per les cèl·lules epitelials de l’intestí, així com la producció d’àcids grassos de cadena curta (SCFAs) pels clostridis (Cao et al 2014).

 

Bibliografia

Cao S, Feehley TJ, Nagler CR (2014) The role of commensal bacteria in the regulation of sensitization to food allergens. FEBS Lett 588, 4258-4266

Duncan SH, Flint HJ (2013) Probiotics and prebiotics and health in ageing populations. Maturitas 75, 44-50

Rajilic-Stojanovic M, Smidt H, de Vos WM (2007) Diversity of the human gastrointestinal tract microbiota revisited. Environ Microbiol 9, 2125-2136

Rosen M (2014) Gut bacteria may prevent food allergies. Science News 186, 7, 4 oct 2014

Russell SL, et al. (2012) Early life antibiotic-driven changes in microbiota enhance 
susceptibility to allergic asthma. EMBO Rep 13(5):440–447

Stefka AT et al (2014) Commensal bacteria protect against food allergen sensitization. Proc Nat Acad Sci 111, 13145-13150

Tiihonen K, Ouwehand AC, Rautonen N (2010) Human intestinal microbiota and healthy aging. Ageing Research Reviews 9:107–16

Walker AW et al (2011) Dominant and diet-responsive groups of bacteria within the human colonic microbiota. The ISME J 5, 220-230

Síntesi d’aminoàcids als impactes dels cometes i altres coses de l’origen de la vida

Click here for the english version:  Synthesis of amino acids by impacts of comets, and other things related with life’s origin

Fa uns dies vaig veure el titular següent al “Recercat” (el Butlletí electrònic de la recerca a Catalunya): “Científics descobreixen com es formen les molècules bàsiques de la vida”.    Vaja titular !!!   Em va sorprendre molt, lògicament, i com que aquest tema de l’origen de la vida sempre m’ha apassionat, vaig anar ràpidament a llegir-ho amb calma, i buscar l’article original.

Doncs un cop vist en detall, està clar que el titular és molt, però molt exagerat, com era de suposar a primera vista. Abans de comentar el perquè és exagerat, vull esmentar un altre detall d’aquest titular que crec que no calia:  perquè dir lo de científics ? qui pot estar treballant en l’estudi de la formació de les molècules bàsiques de la vida a banda de científics ?  Els polítics potser ?  o els economistes o els bisbes potser ?  Es evident que han de ser científics, i per tant no calia dir-ho. El titular seria suficient dient “S’ha descobert com es formen ….”. O si de cas, es podria dir d’on són els científics: “Científics anglesos, o americans, o japonesos, o d’on siguin, … descobreixen …”

Bé, anant al descobriment en concret, i tal com el mateix Recercat resumeix, uns investigadors britànics i nordamericans (Martins et al. 2013) han publicat  a Nature Geoscience el seu treball de laboratori, on han simulat l’impacte de cometes sobre la superfície d’un planeta, tot disparant un projectil amb una pistola d’aire comprimit a velocitats de 7 km/s (25000 km/h). Han vist que a causa de l’impacte i amb la calor generada, se sintetitzen aminoàcids a partir d’aigua, CO2 i amoni. Això és el que en diuen “síntesi de xoc”. Entre els aminoàcids detectats, han trobat glicina, D-alanina, L-alanina, aminoisobutíric, isovalina, norvalina i altres compostos precursors d’aminoàcids, tant els isòmers D com els L. Les quantitats detectades foren entre nanograms i algun microgram.

Aquest procès de síntesi mostra que, amb un mecanisme senzill, com és l’impacte dels cometes sobre la superfície rocosa d’un planeta, es pot passar de molècules inorgàniques bàsiques a molècules orgàniques més complexes, com són els aminoàcids, que són els monòmers de les proteïnes, constituents bàsics de tots els sers vius. I per tant, aquesta síntesi de xoc podria haver estat un pas en l’aparició de la vida terrestre.

Ara bé, que potser aquest treball és el primer en demostrar la possible formació de molècules bàsiques de la vida ? Doncs rotundament NO !!  Aquest treball té el seu valor però no es mereix aquest titular tan exagerat.

Per això, anem a repassar breument el que ja se sap, ja que fa més de 50 anys que molt diversos investigadors han treballat en aquest tema i han anat descobrint aspectes que reforcen les hipòtesis científiques de l’abiogènesi. Aquesta, també coneguda com biopoiesi, és el procés natural pel qual els sers vius es van originar a la Terra a partir de molècules senzilles fa uns 3.700 milions d’anys.

Biopoiesi, el procés d’aparició dels sers vius a la Terra

Aquest procès de biopoiesi implicà sens dubte diferents etapes:

1) La formació o aparició de les molècules orgàniques bàsiques dels sers vius, que són els monòmers com els aminoàcids, monosacàrids, àcids grassos i bases nitrogenades.

2) A partir dels monòmers anteriors, la formació de macromolècules biogèniques, o sigui polisacàrids, polipèptids, lipoides etc, per polimerització, segurament sobre suports inorgànics, com argiles o minerals de ferro.

3) I la formació dels primers protobionts, precursors de totes les cèl.lules, a partir de les macromolècules. Aquesta etapa clau, la més difícil de demostrar, probablement va anar lligada a l’adquisició en paral.lel de les 3 propietats bàsiques dels sers vius: una estructura embolcall (membrana) de consistència lipídica, unes reaccions transformadores de nutrients i energia (metabolisme rudimentari) i una capacitat de transferir les característiques a la descendència (mecanisme hereditari) amb alguna molècula portadora d’informació, probablement el RNA.

Deixem de moment les etapes 2 i 3, per reflexionar-hi potser més endavant en un altre post, i centrem-nos en l’etapa 1, relacionada amb l’article que comentava. Aquesta formació o aparició de compostos orgànics a la Terra primitiva pot haver estat per tres mecanismes: a) producció in situ; b) aportacions de l’exterior: i c) síntesi a causa d’impactes.

Aquestes tres categories de mecanismes ja eren plantejades com l’inventari possible dels orígens de la vida el 1992 en un article de Nature d’en Christopher Chyba i en Carl Sagan, el conegut pioner de l’exobiologia i divulgador científic, molt popular per l’extraordinària sèrie de TV Cosmos, autor de la frase “Som pols d’estrelles”, i que casualment fou el primer marit de Lynn Margulis, la que va difondre la teoria endosimbiòtica de l’origen bacterià de mitocondris i cloroplasts.

Síntesi endògena de compostos orgànics a la Terra primitiva

Doncs com deia, ja fa força anys que s’han anat demostrant les possibilitats de la formació de molècules orgàniques in situ, o sigui síntesi endògena sense aportacions externes, a la Terra primitiva. La hipòtesi de Oparin de què les condicions anaeròbiques reductores de l’atmosfera primitiva, junt amb l’energia solar, haurien afavorit la síntesi de molècules orgàniques formant la “sopa prebiòtica”, fou demostrada com a possible pels coneguts experiments de Miller i Urey:

El 1952 l’estudiant de doctorat Stanley Miller amb el seu professor Harold Urey introduiren una barreja d’aigua, hidrogen, metà i amoni en un recipient cíclic, on s’hi aplicaven espurnes elèctriques. Una setmana després, en analitzar els components, trobaren que un 15% del carboni procedent del metà ara era en forma de compostos orgànics diversos, inclosos 5 aminoàcids, tant D- com L-.

1 aqa_chem_miller-urey

Esquema dels experiments de Miller i Urey. Tret de GCSE-Bitesize (BBC).

Recentment (Parker et al 2011) s’han tornat a analitzar els vials dels extractes originals dels experiments de Miller i Urey amb les tècniques analítiques i equipaments actuals i s’han descobert molts més compostos que els detectats originalment els anys 1950, en concret s’han trobat 23 aminoàcids.

La síntesi d’aquestes molècules orgàniques a la Terra primitiva probablement fou facilitada per fonts d’energia d’activitat atmosfèrica com les descàrregues elèctriques que s’utilitzaven als experiments de Miller i Urey, però també n’hi hagué d’altres possibles, com la mateixa radiació solar, amb més radiació UV que l’actual (no hi havia capa d’ozò, formada posteriorment a partir de l’oxigen), més activitat volcànica i més radioactivitat en una Terra més jove, i més impactes de meteòrits o cometes, cosa que lliga amb el treball comentat de Martins et al. (2013).

Una altra aportació important en la recerca de la síntesi orgànica prebiòtica fou la demostració feta pel lleidatà Joan Oró treballant a la NASA (Oró 1961) de què l’adenina pot ser sintetitzada calentant solucions de cianur amònic. De manera similar, recentment s’ha demostrat la síntesi de pirimidines (citosina i uracil), adenina i triazines (unes altres bases nitrogenades) a partir d’urea mitjançant cicles de congelació-descongelació i amb descàrregues elèctriques (Menor-Salván et al. 2007).

2 adenina Oró

Tal com va demostrar en Joan Oró, amb 5 molècules de cianhídric es pot sintetitzar adenina, molècula clau per a la vida, ja que forma part dels àcids nucleics i del ATP.

Aportació de molècules orgàniques mitjançant objectes extraterrestres

Ara bé, a més de la síntesi de compostos orgànics in situ a la Terra primitiva, aquests també podrien haver vingut de fora. L’aportació de molècules orgàniques mitjançant objectes extraterrestres, cometes o meteòrits o altres, cada cop es fa més evident científicament. Els estudis més recents suggereixen que l’anomenat bombardeig massiu que va tenir lloc fa 3,5 milers de milions d’anys va aportar una quantitat de compostos orgànics comparable a la produïda in situ.

3 Lluvia-de-meteoritos

Simulació de pluja de meteòrits. Tret de AZ-Revista de Educación y Cultura

S’ha demostrat que els compostos orgànics són relativament comuns a l’espai extraterrestre, sobretot al sistema solar extern on els compostos volàtils no són evsporats pel calor solar. Molts cometes tenen una capa externa d’un material amb apariència de quitrà, que conté compostos orgànics formats per reaccions provocades per les radiacions, sobretot la UV. A banda que feia temps que se n’havien detectat per espectrografia de telescopi, fa pocs anys es va identificar per primer cop in situ l’aminoàcid glicina al cometa Wild-2 en mostres preses per la sonda Stardust de la NASA (Dolmetsch 2006).

El meteòrit Murchison, d’uns 100 kg, va caure a Austràlia el 1969 i es va disgregar en diversos fragments que han estat ben estudiats. Aquest meteòrit és del tipus condrites carbonàcies, que són rics en carboni, i efectivament, conté aminoàcids, tant comuns (glicina, alanina i glutàmic) com dels més inusuals (isovalina, pseudoleucina), amb concentracions de fins a 60 ppm (Kvenvolden et al. 1970). També conté hidrocarburs alifàtics i aromàtics, alcohols i altres compostos orgànics com fullerens i àcids carboxílics.

4 Murchison_crop

Un fragment del meteòrit Murchison, caigut a Austràlia el 1969, del tipus condrites carbonàcies, que conté aminoàcids i altres compostos orgànics. Imatge de wikipedia.

Recentment s’ha vist que la proporció d’isòtops 12C/13C de l’uracil i altres compostos orgànics del Murchison indica un origen no terrestre (Martins et al. 2008). De fet, a més del Murchison, les anàlisis fetes amb força més meteòrits demostren que els compostos orgànics es poden formar a l’espai exterior.

Els estudis de models fets amb ordinador suggereixen que els compostos orgànics prebiogènics es poden haver format al disc protoplanetari de pols que envoltava el Sol abans de la formació de la Terra, i que el mateix procés pot succeir al voltant d’altres estrelles (Moskowitz 2012).

És més, en estudis dels espectres d’emissions d’infraroig (Kwok & Zhang 2011) de la pols còsmica s’ha arribat a la conclusió que a les estrelles tipus supernova es produeixen molècules orgàniques complexes, i que aquestes són expulsades a l’espai interestel.lar per efecte de l’explosió de l’estrella. Sorprenentment, aquesta pols orgànica és similar als compostos trobats als meteòrits. Com que els meteòrits són els romanents del sistema solar primitiu, es pot suggerir que compostos orgànics que ara trobem als meteòrits s’haguessin format en estrelles llunyanes.

5 espectre 111026143721-large

Espectre d’infrarroig de compostos orgànics, superposat a una imatge de la nebulosa Orion on s’han trobat aquests compostos orgànics complexos (amb les fórmules). Imatge treta de NASA (C.R. O’Dell and S.K. Wong, Rice University).

Els darrers anys, s’ha fet un gran avanç en la detecció de molècules orgàniques a l’espai galàctic gràcies als radio-telescopis com el Green Bank (de 100 m de diàmetre) a West Virginia, USA, o el ALMA (Atacama Large Millimeter Array, a 5000 m d’alçada al desert d’Atacama, nord de Xile) que són 66 antenes de 12 m diàmetre conectades entre sí amb fibra òptica. Aquests radio-telescopis o interferòmetres astronòmics capten longituds d’ona al voltant del mm.

Amb aquests telescopis, com comentava en Pere Brunet fa un mes al seu post “Som pols d’estrelles?” (del blog Fractal de Ara-Ciència), s’han detectat al voltant d’altres estrelles compostos com propenal, ciclo-propenona, acetamida, i glicol-aldehid (CHO-CH2OH). Aquest darrer és força significatiu, ja que és el sucre més senzill possible i és necessari per a la formació de RNA, i l’han detectat amb l’ALMA al voltant d’una estrella jove binària tipus solar (IRAS 16293-2422), a 400 anys-llum de la Terra, relativament a prop, dins la Via Làctia (Jørgensen et al. 2012).

Síntesi de compostos orgànics per causa dels impactes

Finalment, ens queda aquest tercer mecanisme, relacionat amb l’article objecte inicial d’aquest post (Martins et al. 2013).  Doncs bé,  com hem dit abans, aquesta possibilitat ja fou revisada per Chyba & Sagan (1992), perquè ja s’havien efectuat experiments en aquest sentit fa força anys. En Sagan mateix amb altres autors (Bar-Nun et al. 1970) ja havien demostrat que en aplicar un xoc tèrmic, simulant impactes de cometes i micrometeòrits, a una barreja de gasos similars a l’atmosfera primitiva, hi apareixien aminoàcids.

Tanmateix, quan es pensa en impactes de cossos extraterrestres el primer que es pensa és justament el contrari, que són antagonistes de la vida a la Terra, ja que recordem els impactes que han causat cataclismes i extincions, com l’asteroide de fa 65 milions d’anys al cràter de Chicxulub al Yucatán, o a una escala molt menor, el meteòrit de 2013 a Chelyabinsk, Rússia, amb l’aparença de boles de foc. Doncs bé, encara que aquestes col.lisions poden causar efectes negatius sobre els sers vius a on cauen, al mateix temps l’energia alliberada pel xoc pot ser una font de reaccions que generen compostos orgànics prebiogènics, com demostra el treball de Martins et al. (2013).

Al mateix temps, s’ha demostrat que els compostos biològics que fossin presents al meteòrit poden “sobreviure” als impactes. En efecte, s’ha vist que aquests compostos poden quedar capturats en els porus de material carbonaci dins el material fos per la temperatura i pressió de l’impacte, en concret en anàlisis fetes amb material del cràter Darwin a Tasmània, d’un meteòrit  que hi va impactar fa 800.000 anys (Howard et al. 2013).

A més de Martins et al., altres treballs també han simulat els efectes dels impactes. Furukawa et al. (2009) van simular l’impacte d’un meteòrit tipus condrita en un oceà primitiu. Van utilitzar una pistola propulsora per crear un impacte d’alta velocitat en una barreja de carboni, ferro, níquel, aigua i nitrogen, i tot seguit van recuperar diverses molècules orgàniques, incloent àcids grassos, amines i un aminoàcid.

Així doncs, aquests experiments suggereixen que els impactes freqüents de cossos extraterrestres a la Terra primitiva devien resultar en una bona contribució a la formació de molt diversos compostos orgànics, i com ja he comentat, afegint-se a l’aportació dels que ja hi venien prèviament sintetitzats a l’espai exterior, i a la síntesi in situ a la mateixa Terra.

Bibliografia

Bar-Nun A, Bar-Nun N, Bauer SH, Sagan C. 1970. Shock synthesis of amino acids in simulated primitive environments. Science 168, 470-472.

Chyba C, Sagan C. 1992. Endogenous production, exogenous delivery and impact-shock synthesis of organic molecules: an inventory for the origins of life. Nature 355, 125–32

Dolmetsch C. 2006. NASA Spacecraft Returns With Comet Samples After 2.9 Bln Miles. Bloomberg.com. 2006-01-15

Editorial. 2013. The upside of impacts. Nature Geoscience 6, 987.

Furukawa Y, Sekine T, Oba M, Kakegawa T, Nakazawa H. 2009. Biomolecule formation by oceanic impacts on early Earth. Nature Geoscience 2, 62–66

Generalitat de Catalunya. 2014. “Científics descobreixen com es formen les molècules bàsiques de la vida”. Recercat 94, gener 2014.

Howard KT et 12 al. 2013. Biomass preservation in impact melt ejecta. Nature Geoscience 6, 1018-1023.

Jørgensen JK, Favre C, Bisschop SE, Bourke TL, van Dishoeck EF, Schmalzl M. 2012. Detection of the simplest sugar, glycolaldehyde, in a solar-type protostar with ALMA. Astrophysical Journal Letters 757, L4, 1-13.

Kvenvolden KA, Lawless J, Pering K, Peterson E, Flores J, Ponnamperuma C, Kaplan IR, Moore C. 1970. Evidence for extraterrestrial amino-acids and hydrocarbons in the Murchison meteorite. Nature 228, 923–926

Kwok S, Zhang Y. 2011. Mixed aromatic–aliphatic organic nanoparticles as carriers of unidentified infrared emission features. Nature, DOI:10.1038/nature10542

Martins Z, Botta O, Fogel ML, Sephton MA, Glavin DP, Watson JS, Dworkin JP, Schwartz AW, Ehrenfreund P. 2008. Extraterrestrial nucleobases in the Murchison meteorite. Earth and Planetary Science Letters 270, 130–136

Martins Z, MC Price, N Goldman, MA Sephton, MJ Burchell. 2013. Shock synthesis of amino acids from impacting cometary and icy planet surface analogues. Nature Geoscience 6, 1045-1049.

Moskowitz C. 2012. Life’s Building Blocks May Have Formed in Dust Around Young Sun. Space.com

Menor-Salván C, Ruiz-Bermejo DM, Guzmán MI, Osuna-Esteban S, Veintemillas-Verdaguer S. 2007. Synthesis of pyrimidines and triazines in ice: implications for the prebiotic chemistry of nucleobases. Chemistry 15, 4411–8.

Oparin A. 1952. The origin of life. New York: Dover.

Oró J. 1961. Mechanism of synthesis of adenine from hydrogen cyanide under possible primitive Earth conditions. Nature 191, 1193–4.

Parker ET, Cleaves HJ, Dworkin JP et al. 2011. Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment. PNAS 108, 5526–31.

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Abiogenesis  (Molt bona revisió de l’origen de la vida i les diverses hipòtesis)

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Murchison_meteorite

Un llac “habitable” a Mart fa 3800 milions d’anys

Click here for the english version:   An”habitable” lake in Mars 3800 million years ago

Com comentava en aquest blog (30 agost 2012 “Hi ha vida a Mart ?”), ara fa un any i mig l’astromòbil Curiosity va començar a passejar per Mart, en concret dins el cràter Gale, carregant els seus sofisticats instruments per tal d’analitzar roques, terra i atmosfera, o sigui un laboratori de geoquímica ben avançat analitzant la superfície d’un altre planeta per primer cop. Podeu veure un vídeo de 2 minuts del 1r any del Curiosity clicant aquí. Com sabeu, un dels objectius d’aquestes anàlisis és trobar proves de si van existir condicions propícies per a la vida a Mart, encara que fos en èpoques molt pretèrites.

1 Mars-Gale-Crater-locator-400x400

L’astromòbil Curiosity es passeja dins el cràter Gale, a l’est de Syrtis Major, la major prominència marciana visible amb telescopi. Imatge de NASA/ESA/Hubble.

Mart és un planeta amb algunes característiques semblants a la Terra, com per exemple la duració del dia, una mica més de 24 hores, però la major distància al Sol i la molt tènue atmosfera fan que la temperatura mitjana sigui -63ºC, amb oscil·lacions diàries des de +20ºC a -140ºC. En no tenir oceans, la superfície de terra marciana és equivalent a la de la Terra, ja que Mart és més petit.

2 Mars_Earth_Comparison

Comparativa de la Terra i Mart. El diàmetre de Mart de 3400 km és aprox la meitat del de la Terra, però exclosos els oceans, la superfície sòlida és semblant als dos planetes. Imatge treta de T.E. Harrison, New Mexico State University.

Malgrat les dificultats de provar l’existència actual d’aigua líquida a Mart, ja fa temps que s’han anat trobant proves que n’hi havia hagut a la superfície marciana, i es va confirmant que durant el primer miler de milions d’anys hi havia força aigua a Mart (Recordem que tant la Terra com Mart tenen uns 4,5 milers de milions d’anys).

3 marsnetwork

Aspecte d’una regió de Mart que indica el flux d’aigua en el passat remot. Imatge treta de T.E. Harrison, New Mexico State University.

4 History_of_water_on_Mars

Història de l’aigua a Mart, en milers de milions d’anys. Imatge treta de T.E. Harrison, New Mexico State University.

El Curiosity demostra un llac “habitable” fa 3800 milions d’anys

Així doncs, l’astromòbil Curiosity ha anat prenent mostres de diverses maneres (vegeu a la Figura següent els forats de 5 cm de la presa d’unes mostres) i analitzant-les. Estudiant les dades obtingudes, els científics han pogut elaborar una sèrie de treballs que han anat essent publicats a Science i altres revistes de prestigi.

5 drill holes

Forats de 5 cm fets pel Curiosity prenent mostres a la Yellowknife Bay del Cràter Gale de Mart. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Entre altres articles, ja al maig passat se’n va publicar un (Williams et al 2013) amb observacions que el material extret de la Yellowknife Bay del Cràter Gale presenta textures típiques dels conglomerats sedimentaris fluvials, amb còdols arrodonits que indiquen abrasió fluvial, i per les seves característiques s’ha deduït un cabal aquós de quasi 1 metre per segon, amb fondàries també properes al metre. Per tant, quan es va formar aquest terreny les condicions climàtiques, amb cursos fluvials abundants, devien ser molt diferents de l’actual ambient hiperàrid i molt fred.

Ara fa unes setmanes, el 9 desembre, Science ha tret un número extraordinari online dedicat a les darreres troballes del Curiosity, amb 6 articles que apunten a què en el Cràter Gale hi havia hagut un llac que teòricament hauria estat habitable per a alguns organismes.

En un dels articles, potser el més rellevant, Grotzinger et al (2013) descriuen les roques sedimentàries que l’astromòbil ha descobert i demostren que era un ambient aquòs amb pH neutre, baixa salinitat i amb formes de diferents estats redox de Fe i S. Hi demostren la presència de C, H, O, S, N i P, o sigui, tots els elements biogènics, i calculen que aquest ambient propici per a la vida podria haver durat alguns centenars de milers d’anys, i per tant es demostra la viabilitat biològica d’aquest ambient lacustre-fluvial del període post-Noaquià de Mart, o sigui, fa uns 3800 milions d’anys.

Per tant, aquests científics dedueixen que aquest llac fou d’aigua dolça, una aigua que podríem beure, i que hi havia al voltant diversos ambients fluvials i lacustres. Aquest ambient és força habitable i similar a alguns ambiens terrestres. Els compostos químics presents comentats serien adequats per a la subsistència de bacteris quimiolitòtrofs, o sigui, els que tenen compostos inorgànics (com el Fe o el S) com a font d’energia i utlitzen CO2 com a font de carboni. A la Terra en tenim força tipus d’aquests, com per exemple els bacteris del ferro (Thiobacillus) o els del sofre (inclosos alguns Arquees termòfils), i els nitrificants. Encara que la majoria d’aquests bacteris quimiolitòtrofs terrestres són aerobis, ja que utilitzen l’oxigen atmosfèric com a acceptor d’electrons, també es coneixen alguns d’anaerobis, com els que fan l’oxidació anòxica d’amoni (procès “Anammox”), per exemple Brocadia anammoxidans, o els mateixos nitrificants en anaerobiosi.

Per tant, amb aquest llac “habitable” durant un cert temps, i altres ambients semblants, no es pot descartar encara que a Mart hi haguessin hagut sers vius.

6 view Gale crater

Vista des de Yellowknife Bay al cràter Gale crater, mirant cap al W-NW. Aquesta àrea de dipòsits sedimentaris era el fons d’un llac d’aigua dolça. Foto: NASA/JPL-Caltech.

7 Grotzinger-3-pia17596-br2 llac

Mida i forma estimades del llac que hi havia al cràter Gale. Hi devia haver altres semblants. Les fletxes indiquen la direcció del ventall al·luvial que buidava dins el cràter des de la seva paret. Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Un altre dels aspectes estudiats en aquest número extra de Science és la possible presència de metà a l’atmosfera marciana (Webster et al 2013). Tal com passa a la Terra, el metà és un signe potencial d’activitat biològica en el passat. Malgrat observacions prèvies fetes des de la Terra o des de l’òrbita de Mart on s’especulava amb la presència d’uns 10 ppb de metà i el seu origen subsuperficial biològic o no, les mesures fetes in situ per l’espectrometria làser del Curiosity fent servir un patró espectral específic del metà, aquest no s’ha detectat, ja que els valors trobats són inferiors a 1 ppb. Això redueix la probabilitat de que hi hagi activitat microbiana metanogènica a Mart i al mateix temps limita la possible contribució recent de fonts geològiques i extraplanetàries.

Finalment, en un altre dels articles (Hassler et al 2013) sobre les mesures de raigs còsmics de la superfície de Mart que el Curiosity ha efectuat al llarg d’un any, es realitzen models de radiació, tant per al cálcul del temps d’una possible superviència microbiana a la subsuperfície, com per a la preservació de compostos orgànics d’origen biològic per trobar-los milers de milions anys després. Malauradament, sembla que l’efecte potent dels raigs còsmics faria molt difícil qualsevol d’aquestes possibilitats. A diferència de la Terra, el camp magnètic de Mart és molt feble i l’atmosfera també, coses que faciliten el bombardeig dels raigs còsmics i el vent solar sobre la superfície marciana. Tanmateix, hi ha evidències que en el passat Mart tingué un camp magnètic més efectiu, i per tant l’esperança no es perd …..

Bibliografia

Achenbach J. 2013. NASA Curiosity rover discovers evidence of freshwater Mars lake. The Washington Post, Health & Science online Dec 9.

Anderson PS. 2013. Curiosity rover confirms ancient martian lake. Spaceflight Insider online Dec 11.

Grotzinger JP et 72 al. 2013. A Habitable Fluvio-Lacustrine Environment at Yellowknife Bay, Gale Crater, Mars. Science DOI: 10.1126/science.1242777 online Dec 9, 2013.

Harrison, T.E., New Mexico State University:  http://astronomy.nmsu.edu/tharriso/ast105/Mars.html

Hassler DM et 23 al. 2013. Mars’ Surface Radiation Environment Measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity Rover. Science DOI: 10.1126/science.1244797 online Dec 9, 2013.

Kerr, RA. 2013. New Results Send Mars Rover on a Quest for Ancient Life. Science Now News, online Dec 9, 2013.

Science Special Collection Curiosity 2013. Curiosity at Yellowknife Bay, Gale Crater. Online: http://www.sciencemag.org/site/extra/curiosity/

Webster CR et al 2013. Low upper limit to methane abundance on Mars. Science 18 October 2013, Vol. 342 no. 6156 pp. 355-357

Williams RME et 38 al. 2013. Martian Fluvial Conglomerates at Gale Crater. Science 31 May 2013, Vol. 340 no. 6136 pp. 1068-1072

Què dius, Curiosity, hi havia aigua a Mart, sí o no ?

Click here for english: “Curiosity”, what do you say, there was water in Mars, yes or not ?

Només fa tres setmanes vaig penjar aquí mateix (Poques novetats a Mart, ….) un comentari sobre un estudi decebedor que aportava proves de què les argiles marcianes no haurien estat formades amb aigua líquida com fins ara s’hipotetitzava, amb la qual cosa feia menys probable l’existència d’aigua en el passat de Mart, i per tant de vida.

Tanmateix, aquesta setmana passada l’astromòbil Curiosity de la NASA ens ha enviat una foto d’unes roques de la superfície marciana que semblen ser producte d’un corrent d’aigua en el passat.

Stream bedFoto enviada pel Curiosity de la NASA, possible evidència d’un corrent d’aigua fòssil a Mart. L’ample de la imatge és prop d’1 metre. Imatge: NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Segons els científics de la NASA, les formes d’aquestes pedres i la seva disposició, com de grava, són l’evidència de les restes d’un antic llit d’un rierol que devia baixar pels pendents del cràter Gale, on l’astronau de la missió Mars Science Laboratory amb el Curiosity va aterrar a principis d’agost. Aquest lloc de la foto ha estat anomenat Hottah pels de la NASA, perquè els recorda una formació rocosa del Canadà d’aquest nom.

Cràter GalePart del cràter Gale on la missió de la NASA amb el Curiosity va aterrar (la creueta dins l’el.lipsi). Imatge: NASA/JPL-Caltech/UofA

Els detalls de la foto (vegeu abaix) mostren que aquestes roques són com un conglomerat de pedres, algunes de les quals són arrodonides, i per tant, probablement producte del transport de l’aigua. Fins i tot, a partir de la mida de les pedres, els científics de la NASA calculen que l’aigua que les arrossegava es movia a un metre per segon, un corrent força impetuòs vaja.

Detall del streambedDetall de pedres arrodonides de la foto presa pel Curiosity. Imatge: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Per tant, això seria una altra evidència que en un passat remot Mart hauria tingut aigua líquida, i per tant, les probabilitats de què hi hagi hagut vida augmenten.

De fet, aquesta troballa no és la primera que apunta a la possibilitat de què hi havia hagut aigua a Mart, ja que des de les primeres missions del Mariner 9 l’any 1971 ja s’havien observat formacions que semblaven canyons i llits de rius.

A banda de les argiles que vaig comentar, una altra possible prova d’aigua va ser ara fa una any, quan el Opportunity, l’altre astromòbil (molt més “primitiu” que el Curiosity) que fa 8 anys que s’hi passeja, va trobar al cràter Endeavour una veta (mineral amb forma de vena) d’aspecte brillant (foto aquí baix) que té tota la pinta de ser guix. Com que aquest es forma a la Terra per sedimentació amb aigua, és probable que aquest fos l’origen d’aquest material a Mart, fa algun miler de milions d’anys.

Veta guix ?Imatge colorejada d’una veta mineral semblant al guix, fotografiada per l’astromò il Opportunity el 2011. Imatge: NASA/JPL-Caltech/Cornell/ASU

Els de la NASA diuen que aquestes fotos fetes ara pel Curiosity són una gran evidència de l’aigua líquida, però vaja, no vull fer-me l’incrèdul, no sé si aquestes pedres i la seva disposició podrien haver-se format d’alguna altra manera, qui sap, altres materials líquids, l’erosió pel vent, no ho sé.

Bé, tal com diuen els mateixos científics de la NASA, la missió del Curiosity prevista per a dos anys va més enllà de la possible confirmació visual d’un possible antic corrent d’aigua. Les anàlisis que aniran fent els equipaments del Curiosity han de permetre entendre la composició química de tots aquests materials i el seu origen, i al mateix temps intentar saber quan i perquè Mart es va assecar, si és que abans havia estat un planeta humit. Per això, el Curiosity ha d’anar a explorar el Mont Sharp, que està a uns 6 km del centre del cràter on va aterrar. En la base d’aquesta muntanya es troben argiles i sulfats, segons les observacions orbitals, i per tant el Curiosity haurà de fer l’”escalada” d’aquesta muntanya, a uns 700 m d’alçada, i allà ajudar als científics a desxifrar la història del Mart humit i el Mart sec, i trobar alguna altra prova de la possibilitat de vida marciana passada i de la seva habitabilitat actual.

Bibliografia

NASA, News Releases, NASA Rover Finds Old Streambed On Martian Surface, 27 sept 2012

Mike Wall, Space.com Senior Writer, Curiosity’s ancient streambed discovery is just the latest clue. Space on NBCNews.com

IAS Preparation Online, Curiosity finds ancient stream bed on Mars

Mike Wall, Space.com Senior Writer, NASA Rover finds convincing evidence of water on Mars. Space.com

No sé ni cómo te atreves

Fotografía y esas pequeñas cosas de cada día

Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Life Secrets

For my students

All you need is Biology

Blog professional sobre Biologia · Blog profesional sobre Biología · A professional blog about Biology

Rambles of a PA student

Caffeinated forays into biological imaginings.

Horitzons llunyans

Mirades distants

#4wine

Los vinos son pequeñas historias dentro de una botella y nosotras queremos contarte las nuestras

Vi·moments·persones

Un maridatge a tres bandes

SciLogs: Artificial, naturalmente

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

microBIO

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

RealClimate

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Quèquicom

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Dionís de viatge a Ítaca

Experiències enoturístiques

%d bloggers like this: