La esperada misión que podría transformar nuestro conocimiento sobre Marte

El 17 de marzo de 2022 fue un día duro para Jorge Vago. Físico planetario, Vago dirige el programa científico ExoMars de la Agencia Espacial Europea. Su equipo estaba a pocos meses de lanzar el primer rover marciano europeo —un objetivo en el que llevaban trabajando casi dos décadas—. Pero ese día, la ESA suspendió sus relaciones con la agencia espacial rusa debido a la invasión de Ucrania. El lanzamiento estaba previsto a realizarse desde el cosmódromo Baikonur, en Kazajstán, que se encuentra arrendado a Rusia.

“Nos dijeron que teníamos que suspenderlo todo”, cuenta Vago. “Todos estábamos de duelo”.

Fue un doloroso revés para el atormentado explorador Rosalind Franklin, aprobado inicialmente en 2005. Problemas presupuestarios, cambios de socios, problemas técnicos y la pandemia de la Covid-19 habían provocado, a su vez, retrasos anteriores. Y ahora, una guerra. “Me he pasado la mayor parte de mi carrera intentando que esta cosa despegue”, afirma Vago. Para complicar aún más las cosas, la misión incluía un módulo de aterrizaje e instrumentos de fabricación rusa, que los Estados miembros de la ESA necesitarían financiación para sustituir. Se barajaron muchas opciones, incluida la de guardar el vehículo explorador sin utilizar en un museo. Pero entonces, en noviembre, llegó un salvavidas, cuando los ministros de investigación europeos prometieron 360 millones de euros para cubrir los gastos de la misión, incluida la sustitución de los componentes rusos.

Cuando el rover finalmente despegue, esperemos que en 2028, llevará un conjunto de instrumentos avanzados —pero uno en particular podría tener un enorme impacto científico—. Diseñado para analizar cualquier material que contenga carbono que se encuentre bajo la superficie de Marte, el espectrómetro de masas de última generación del rover es el eje de una estrategia para responder finalmente a la pregunta más candente sobre el planeta rojo: ¿hay pruebas de vida, ya sea pasada o presente?

“Hay muchas formas diferentes de buscar vida”, afirma el químico analítico Marshall Seaton, becario postdoctoral de la NASA en el Laboratorio de Propulsión a Chorro y coautor de un artículo sobre análisis planetario publicado en el Annual Review of Analytical Chemistry. Quizá la vía más obvia y directa sea simplemente buscar microbios fosilizados. Pero la química no viva puede crear estructuras engañosamente parecidas a la vida. En su lugar, el espectrómetro de masas ayudará a los científicos a buscar patrones moleculares que es improbable que se formen en ausencia de biología viva.

Buscar los patrones de la vida, en lugar de estructuras o moléculas específicas, tiene una ventaja añadida en un entorno extraterrestre, afirma Seaton. “Nos permite no solo buscar vida tal y como la conocemos, sino vida tal y como no la conocemos”.

Empacando para Marte

En el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, a las afueras de Washington D.C., el científico planetario William Brinckerhoff muestra un prototipo del espectrómetro de masas del rover, conocido como Analizador de Moléculas Orgánicas de Marte (MOMA, por su siglas en inglés). El instrumento, del tamaño aproximado de una maleta de mano, es un laberinto de cables y metal. “Es un verdadero caballo de batalla”, dice Brinkerhoff mientras su colega, el científico planetario Xiang Li, ajusta los tornillos del prototipo antes de mostrar un carrusel que sujeta las muestras.

Este prototipo funcional se utiliza para analizar moléculas orgánicas en suelos similares a los de Marte en la Tierra. Y una vez que el MOMA real llegue a Marte, aproximadamente en 2030, Brinckerhoff y sus colegas utilizarán el prototipo —así como una copia prístina conservada en un entorno similar a Marte en la NASA— para probar ajustes en los protocolos experimentales, solucionar problemas que surjan durante la misión y facilitar la interpretación de los datos de Marte.

El origen de este último espectrómetro de masas se remonta casi 50 años atrás, a la primera misión que estudió el suelo marciano. Para los dos módulos de aterrizaje Viking de 1976, los ingenieros miniaturizaron los espectrómetros de masas hasta reducirlos a un tamaño similar al de una impresora de uso personal actual. Los instrumentos también estaban a bordo del módulo de aterrizaje Phoenix de 2008, del rover  Curiosity de 2012 y de los posteriores orbitadores de Marte de China, India y Estados Unidos.

Cualquiera que visite el prototipo de Brinckerhoff debe pasar primero por una vitrina con una copia desarmada del instrumento que viajó en los módulos Viking, cedida por la Smithsonian Institution. “Es como un tesoro nacional”, dice Brinckerhoff, señalando los componentes con entusiasmo.

Los espectrómetros de masas son herramientas indispensables que se utilizan para la química analítica en laboratorios y otras instalaciones de todo el mundo. Los agentes de la TSA los utilizan para analizar el equipaje en busca de explosivos en el aeropuerto. Los científicos de la EPA los utilizan para analizar el agua potable en busca de contaminantes. Y los farmacéuticos los utilizan para determinar las estructuras químicas de posibles nuevos medicamentos.

Existen muchos tipos de espectrómetros de masas, pero cada uno “es un instrumento de tres partes”, explica Devin Swiner, químico analítico de la empresa farmacéutica Merck. En primer lugar, el instrumento vaporiza moléculas en la fase gaseosa y también les confiere una carga eléctrica. A continuación, estas moléculas de gas cargadas o ionizadas pueden manipularse con campos eléctricos o magnéticos para que se desplacen por el instrumento.

En segundo lugar, el instrumento clasifica los iones según una medida que los científicos pueden relacionar con el peso molecular, de modo que pueden determinar el número y tipo de átomos que contiene una molécula. En tercer lugar, el instrumento registra todos los “pesos” de una muestra junto con su abundancia relativa.

Con el MOMA a bordo, el rover Rosalind Franklin aterrizará en un lugar de Marte que hace unos 4.000 millones de años probablemente tenía agua, un ingrediente crucial para la vida antigua. Las cámaras y otros instrumentos del rover ayudarán a seleccionar muestras y a contextualizar su entorno. Un taladro recogerá muestras antiguas de hasta dos metros de profundidad. La hipótesis de los científicos es que esa profundidad es suficiente, según Vago, para protegerse de la radiación cósmica de Marte, que rompe las moléculas “como un millón de pequeños cuchillos”.

Los espectrómetros de masas espaciales deben ser robustos y ligeros. Un espectrómetro de masas con las capacidades del MOMA ocuparía normalmente varias mesas de trabajo, pero se ha reducido sustancialmente. “Poder llevar algo que puede ser tan grande como una habitación al tamaño de una tostadora o una maleta pequeña y enviarlo al espacio es algo muy importante”, afirma Swiner.

Cómo se ve la vida

El MOMA ayudará a los científicos a buscar indicios de vida en Marte examinando las moléculas en busca de patrones que difícilmente pueden formarse de otro modo. Por ejemplo, los lípidos —compuestos que forman parte de las membranas celulares— tienen una preponderancia de números pares de átomos de carbono en casi todos los seres vivos, mientras que la química no viva produce una mezcla más equilibrada de números pares e impares de átomos de carbono. Encontrar un conjunto de lípidos con átomos de carbono que son múltiplos de un número —en lugar de un surtido aleatorio—es una firma potencial de la vida.

Del mismo modo, los aminoácidos —los componentes básicos de las proteínas— pueden ser creados por la vida o por la química no biológica. Las hay en dos formas, que son imágenes espejo la una de la otra, pero por lo demás idénticas, como las manos izquierda y derecha. En la Tierra, la mayoría de los seres vivos solo contienen aminoácidos zurdos. La química no viva produce ambas variedades, zurdos y diestros. En otras palabras, un gran exceso de aminoácidos zurdos o diestros es más parecido a la vida que una mezcla más uniforme de estos.

En términos más generales, los científicos creen que distribuciones químicas similares a estas serían indicativas de vida incluso si las moléculas que presentan los patrones no existen en la bioquímica terrestre.

Las anteriores misiones a Marte que incluyeron espectrómetros de masas se toparon con problemas que dificultaron su capacidad para identificar indicios de vida. Los científicos aprovecharon las lecciones aprendidas y diseñaron el MOMA para superar esos obstáculos, incluido uno de los más problemáticos: el perclorato, un conocido destructor de moléculas. El perclorato, que también aparece en entornos terrestres extremos como el desierto de Atacama, en Sudamérica, puede degradar moléculas orgánicas a altas temperaturas y ocultar posibles señales de vida.

En 2008, el módulo de aterrizaje Phoenix descubrió iones de perclorato en el suelo marciano. Otras dos misiones, el módulo de aterrizaje Viking y el rover Curiosity, detectaron hidrocarburos clorados —posibles subproductos de la reacción del perclorato con moléculas marcianas en los hornos de alta temperatura de sus espectrómetros de masas—. Esto significaba que el perclorato podía haber ocultado cualquier indicio de moléculas orgánicas que pudieran indicar la existencia de vida.

El MOMA sortea hábilmente el problema del perclorato con un láser ultravioleta. El láser ioniza y vaporiza las muestras de una sola vez, con pulsos de luz que duran menos de dos nanosegundos —demasiado rápido para que se produzcan reacciones de perclorato—.

El láser tiene otra ventaja: deja las moléculas prácticamente intactas al darles carga para crear iones. Viking y Curiosity generaban iones bombardeándolos con electrones. Esas colisiones no preservaban los enlaces químicos débiles que pueden ser importantes para determinar las estructuras de las moléculas de una muestra, mientras que el láser mantiene al mínimo la fragmentación de las moléculas. MOMA puede entonces clasificar esos iones relativamente intactos y fragmentar deliberadamente un único ion de interés de forma aislada, algo que ni Viking ni Curiosity pudieron hacer. Analizando las piezas del rompecabezas resultante de ese ion, es posible determinar la estructura química de la molécula original de la muestra marciana y, por tanto, identificar de qué se trata.

Será la primera vez que esta técnica láser vaya a Marte, pero las pruebas realizadas en la Tierra sugieren que funcionará. El prototipo encontró trazas de moléculas orgánicas incluso en presencia de más perclorato que el detectado por Phoenix en el suelo marciano, afirma Brinckerhoff. Y en muestras similares a las de Marte recogidas en el Parque Nacional de Yellowstone, detectó lípidos y otras moléculas más complejas que las recogidas en anteriores misiones a Marte.

MOMA, al igual que sus predecesores, también dispone de hornos de alta temperatura y los científicos aún pueden optar por utilizarlos en lugar del láser para vaporizar las muestras. Por ejemplo, si el láser detecta indicios de aminoácidos, la opción del horno podría proporcionar información que el láser no puede obtener. Cuando está en modo horno, el MOMA utiliza tres reactivos químicos que estabilizan las moléculas para facilitar la espectrometría de masas. Uno de ellos, que nunca antes se ha utilizado en Marte, permite distinguir entre aminoácidos diestros y zurdos, lo que le permite argumentar a favor de un origen vivo o no vivo de una forma que las misiones anteriores no podían.

MOMA no dirá la última palabra sobre la existencia de vida en Marte. Incluso los resultados más tentadores tendrían que ser confirmados por experimentos repetidos y líneas de evidencia de otros instrumentos del rover, dice Vago. Otros trabajos de confirmación también podrían realizarse a través de otras misiones o incluso algún día a partir del análisis de muestras de Marte traídas a la Tierra. “Tendremos que construir un caso, porque de lo contrario nadie nos creerá”, afirma Vago.

El equipo internacional de científicos que ha estado trabajando en la misión sabe lo que necesita para construir ese caso, pero hasta que el rover Rosalind Franklin aterrice en la superficie del planeta rojo, no podrán empezar a armarlo. En marzo de 2022, todos esos científicos compartieron la decepción de ver cómo se retrasaba una vez más la misión, que llevaba tanto tiempo paralizada.

Pero para Brinckerhoff, esa decepción se ve atenuada por la emoción: al fin y al cabo, la misión sigue viva. “Esta cosa es lo mejor de todos nosotros”, dice, “y solo verla funcionar en Marte va a ser la catarsis de una carrera”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner