Mars revisited
Manuel Espinosa (EEZ-CSIC) & Antonio Quesada (IES Zaidín Vergeles)
Miércoles, 20 de abril de 2022
Mars in our lab: identificando los microorganismos de nuestros aislados
Esta mañana nos ha acompañado en la sesión de nuestro proyecto Manuel Espinosa Urgel, investigador de la Estación Experimental del Zaidín que dirige nuestros proyectos sobre Marte. En la sesión nos ha explicado cómo se ha identificado a los microorganismos a lo largo de la historia, hablándonos de pruebas como la tinción de Gram o de métodos como las baterías de pruebas bioquímicas. Un ejemplo de como estas pruebas nos ayudan a identificar bacterias los tenemos en el test que, dentro del proyecto Ríos de vida, utilizamos para comprobar la presencia de bacterias coliformes en el agua. Finalmente nos ha explicado cómo se lleva a cabo la identificación de microorganismos mediante secuenciación genética. En la entrada anterior también adelantábamos cómo se llevaba a cabo este método.
De los aislados que le llevamos se han seleccionado seis. Y de estos se ha podido amplificar el ADN codificante del ARN ribosómico 16S de cuatro de ellas. La posterior secuenciación se ha hecho en el Instituto de Biomedicina y Parasitología López Neyra, centro que también pertenece al Consejo Superior de Investigaciones científicas. Las secuencias obtenidas son las siguientes:
AISLADO TV1
CTAATACATGCAAGTCGAGCGGAGATAGTGGAGCTTGCTCCATTATCTTAGCGGCGGACGGGTGAGTAACACGTGGGCAACCTGCCCTGCAGATCGGGATAACTCCGGGAAACCGGTGCTAATACCGAATAGTTTGCGGCCTCTCATGAGGCTGCACGGAAAGACGGTTTCGGCTGTCACTGCAGGATGGGCCCGCGGCGCATTAGCTAGTTGGTGAGGTAACGGCTCACCAAGGCCACGATGCGTAGCCGACCTGAGAGGGTGATCGGCCACACTGGGACTGATACACGGCCCAGACTCCTACGGCACGCAGCAGTAGGGAATCTTCCG
AISLADO TV2
GGCCTACACATGCAAGTCGAGCGGATGAAGAGAGCTTGCTCTCTGATTCAGCGGCGGACGGGTGAGTAATGCCTAGGAATCTGCCTGATAGTGGGGGACAACGTTTCGAAAGGAACGCTAATACCGCATACGTCCTACGGGAGAAAGCAGGGGACCTTCGGGCCTTGCGCTATCAGATGAGCCTAGGTCGGATTAGCTAGTTGGTGAGGTAATGGCTCACCAAGGCAGAC
AISLADO PQ2
TACTGCAAGTCGAGCGAATCAGATGGGAGCTTGCTCCCTGAGATTAGCGGCGGACGGGTGAGTAACACGTGGGCAACCTGCCTATAAGACTGGGATAACTTCGGGAAACCGGAGCTAATACCGGATACGTTCTTTTCTCGCATGAGAGAAGATGGAAAGACGGTTTACGCTGTCACTTATAGATGGGCCCGCGGCGCATTAGCTAGTTGGTGAGGTAATGGCTCACCAAGGCGACGATGCGTAGCCGACCTGAGAGGGTGATCGGCCACACTGGGACTGAGACACAGCCCACACTCCTACGGAGGCA
AISLADO PC2
GCTAATACATGCAAGTCGAGCGAATGGATTAAGAGCTTGCTCTTATGAAGTTAGCGGCGGACGGGTGAGTAACACGTGGGTAACCTGCCCATAAGACTGGGATAACTCCGGGAAACCGGGGCTAATACCGGATAACATTTTGAACCGCATGGTTCGAAATATGAAAGGC
A partir de estas secuencias procederemos a la identificación. Para ello nos dirigiremos a las web BLAST de la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Lo haremos a través del siguiente enlace: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi Nos dirigirá a la siguiente pantalla:
Seleccionaremos la opción Nucleotide BLAST. Nos llevará a la siguiente pantalla:
1. Copiaremos una de las secuencias anteriores y las pegaremos en el recuadro Enter Query Sequence.
2. En Database, seleccionaremos "rRNA/ITS databases". Aparecerá por defecto 16S ribosomal RNA sequences (Bacteria and Archaea).
3. En la parte inferior de la pantalla, en Program selection, marcaremos "Somewhat similar sequences (blastn)".
4. Marcaremos "Show results in a new window".
5. Finalmente pincharemos en BLAST.
El ordenador nos devolverá una pantalla como la siguiente:
Aparecerán en una tabla por orden de similitud decreciente. Nos vamos a fijar en los datos “E-value” y “Percent identity”. El primero nos da una idea de fiabilidad (sería algo como decir: cómo de probable es que una secuencia al azar tenga esta similitud con la de la base de datos). El segundo nos dice el % de bases idénticas entre nuestra secuencia y la de la base de datos.
Al ser secuencias parciales (no cubren todo el gen del RNA ribosomal 16S) es muy probable que nos aparezca más de una especie con los mismos valores, pero lo normal es que sean especies muy próximas. En otros casos aparecerán varias cepas (“strain”) de una misma especie. Es algo así como las distintas etnias: todos somos Homo sapiens, pero existen algunos rasgos característicos, diferentes de un grupo étnico a otro.
Pinchando en la pestaña “Alignments” veremos en detalle el alineamiento de nuestra secuencia (“query”) y las de la base de datos (“subject”).
En función de todos estos datos, seleccionaremos la especie más probable. Seguidamente buscaremos información sobre ella en Internet y haremos un resumen de los aspectos más destacados de la misma.
Posteriormente elaboraremos un informe que incluiremos en comentarios con los siguientes apartados:
1. Identificación de la especie de cada aislado. Señalaremos su nombre, el porcentaje de identidad (percent identity) y la fiabilidad (e-value). En el caso de que los datos sean similares y señalen especies distintas, trabajaremos con todas ellas.
2. Búsqueda de información en internet sobre cada una de ellas: características morfológicas y bioquímicas., hábitat más frecuente, posible patogenicidad, utilidad (si hubiese alguna descrita)... Cualquier información que encontremos nos puede resultar útil. Será necesario incluir un enlace a la fuente de la que se ha obtenido la información para posibles consultas.
3. En el contexto de nuestro proyecto, que es valorar si alguno de estos microorganismos podría sobrevivir en Marte en suelos salinos o si podría beneficiar el cultivo de plantas en el suelo marciano, valoraremos la idoneidad de cada una de estas especies.
Martes, 8 de febrero de 2022
Análisis de los análogos de suelo marciano, por Iván Molina Morillo
En la entrada anterior planteábamos un análisis de los análogos de suelo marciano, incluidas nuestras muestras NZV y RZV. El objetivo era valorar en qué medida nuestros materiales se parecían a las muestras analizadas en la superficie de Marte o en meteoritos marcianos y a otros simuladores de suelo marciano elaborados por instituciones científicas.
Este es el análisis que nos presenta Iván Molina Morillo y que resume perfectamente lo que habéis ido mostrando en los comentarios de la entrada anterior.
El porcentaje de Na2O es muy parecido en todos los análogos, al igual que el porcentaje de Si2O, P2O5 y K2O. En el óxido de magnesio se puede apreciar que los valores del JSC-Mars-1 y de MMS son más bajos con respecto al de los demás. En cambio, estos dos análogos son los que mayor porcentaje de óxido de aluminio muestran. En cuanto al óxido de calcio, NZV y RZV tienen valores casi idénticos, alrededor del 12%, y los análogos JSC-Mars-1 y MGS 1 tienen valores también muy parecidos, sobre el 5%. Por último, los datos de óxido de titanio son parecidos en los tres primeros análogos, mientras que los otros tres tienen valores más bajos.
A continuación, a partir de los datos obtenidos por los experimentos de fluorescencia de rayos X y utilizando el diagrama TAS, se representan los diferentes análogos comparándolos con rocas encontradas en Marte.
Nuestros análogos NZV y RZV pertenecen a rocas del tipo tefritas y basanitas, parecidas a las encontradas en Spirit-MER-A. Tanto la tefrita como la basanita son rocas ígneas volcánicas ricas en calcio. Sin embargo, el resto de análogos, a excepción de la perlita, son rocas basálticas. Que son unas roca ígneas extrusivas de color oscuro, de composición máfica, ricas en silicatos de magnesio y hierro y en sílice. Este tipo de rocas corresponden con las encontradas en meteoritos y en Spirit- MER- A.
Esta es la gráfica de la composición elemental de muestras de suelo marciano analizadas in situ en distintas localizaciones. Si la comparamos con el gráfico de los distintos análogos que se han utilizado, podemos ver que ambos son muy parecidos. Pero el análogo que probablemente se parezca más es el MGS 1, ya que todos los valores son muy parecidos.
Nuestros análogos NZV y RZV son muy parecidos en la composición de ciertos materiales, como el óxido de magnesio, el óxido de sodio y en sílice. Pero hay otros datos que varían, como el óxido de aluminio o el óxido de calcio.
Pero después de comparar todos los datos, NZV y RZV se asemejan a las diferentes rocas marcianas que se han estudiado. Como hemos comprobado, la escoria volcánica es una roca volcánica vesicular, en su mayoría de composición basáltica o andesítica. Es fácil de conseguir en las tiendas ya que se utiliza en jardinería. Por lo tanto, este material podría ser seleccionado como un buen candidato para preparar nuestro análogo de suelo marciano.
Martes, 1 de febrero de 2022
Mars in our lab: trabajando con análogos planetarios
La investigación de Marte se puede llevar a cabo de distintas formas; bien in situ, como hacen los rovers que hay en la superficie de Marte o a través de simulaciones que se hacen en nuestro planeta. En los estudios de astrobiología es muy importante conocer las características del suelo del cuerpo planetario que se quiere estudiar. A diferencia de la Luna, en el caso de Marte, aún no se han podido traer de vuelta a la Tierra materiales del planeta, por lo que es necesario recurrir a los análogos planetarios.
La elaboración de un análogo de suelo marciano requiere conocer qué materiales forman la superficie de Marte, principalmente rocas ígneas. A nivel global, se han diferenciado dos grandes zonas, las denominadas de tipo 1 y las de tipo 2. En las primeras predominan materiales de composición basáltica y ocupan las tierras altas del hemisferio sur. Las segundas, identificadas como andesitas o andesitas basálticas están formadas por rocas con mayor contenido de sílice y de vidrio volcánico; se encontraban en las tierras bajas del hemisferio norte.
Basándose en lo anterior y en los análisis llevados a cabo in situ por los rovers se han preparado diversos análogos de suelo marciano. El primer análogo que se preparó fue el denominado JSC Mars-1 y procedía directamente de cenizas volcánicas de un cono volcánico de Hawaii. Otro fue el MMS (Mars Mojave Simulant), preparado a partir de basalto extraído de la región occidental del desierto de Mojave. Estos anteriores tienen en común que se prepararon directamente a partir de materiales presentes en yacimientos volcánicos. Otros, reconstituidos a partir de los minerales que los componen y material vítreo son el MGS-1 (Mars Global Simulant 1), MGS-RN (Mars Global Simulant RockNest) o el Y-Mars (Yellowknife Mars). El primero se modeló sobre la base del material eólico analizado por Curiosity en el depósito eólico de Rocknest, en el cráter Gale y se trata de uno de los suelos marcianos mejor caracterizados gracias a la difracción de rayos X. El segundo, similar, tomó como base el MMS. El tercero se elaboró a partir de los minerales identificados en las lutitas (un tipo de rocas sedimentarias) de la formación Shepbed, una estructura sedimentaria estudiada por Curiosity en el fondo del mismo cráter, cuyo análisis sugería la existencia de un lago hace unos 4000 m.a.
En nuestro laboratorio hemos preparado con un objetivo principalmente educativo un análogo a partir de escorias volcánicas utilizadas para jardinería. En el material que adquirimos diferenciamos dos tipos de fragmentos piroclásticos: unos de color rojizo que denominamos RZV y otros de color negro, los NZV. Fueron sometidos en el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra a fluorescencia y a difracción de rayos X, las mismas técnicas empleadas por los rovers en Marte, y de esta manera obtuvimos información acerca de la composición química de los mismos y los minerales que las componen.
El objetivo de esta actividad del proyecto es averiguar cuánto se parecen nuestras muestras a los materiales presentes en la superficie de Marte y a los análogos de suelo marciano a los que hemos hecho referencia antes. Para ello, nos centraremos en los datos que aporta la fluorescendia de rayos X y analizaremos los datos que ofrece la tabla siguiente en la que se muestra la composición de los compuestos más abundantes en esas muestras.
Respecto a los datos anteriores, es de especial interés el conocimiento de los porcentajes totales de sílice (SiO2) y de compuestos alcalinos (Na2O y K2O, óxidos de sodio y de potasio respectivamente). Con ellos se elaboran los diagramas TAS (álcalis totales frente a sílice) en los que en abscisas se representa el porcentaje de sílice mientras en ordenadas el porcentaje total de elementos alcalinos antes mencionados. La cantidad relativa de estos compuestos juega un papel importante para determinar la mineralogía de la roca y es útil en rocas volcánicas o en aquellas otras con una proporción importante de vidrio volcánico. El gráfico siguiente muestra las rocas identificadas en Marte mediante este procedimiento.
Para valorar en cuánto se parecen los análogos de suelo marciano al regolito analizado en Marte procederemos de dos formas. En primer lugar compararemos de manera gráfica la composición química es los primeros con los datos que se conocen de diversos lugares de Marte. Para ello representaremos gráficamente los datos de la tabla anterior y contrastaremos con los datos de la tabla siguiente de materiales estudiados en diversos puntos de la superficie de Marte.
En segundo lugar, sobre el gráfico TAS anterior, representaremos los porcentajes de sílice frente a óxidos alcalinos tanto de nuestras muestras NZV y RZV como de los otros análogos y valoraremos el tipo de roca que representa su composición y su parecido con los materiales marcianos. En este mismo gráfico, incluiremos los valores de un material volcánico que también hemos utilizado en proyectos anteriores sobre cultivos en suelo marciano. Se trata de la perlita, un tipo de roca volcánica que cuando se somente a altas temperaturas se expande danto un material inerte; presenta un porcentaje de sílice SiO2=72,5%, y de compuestos alcalinos de Na2O=3,6% y K2O =4,2%.
El guión completo de la actividad junto a la tabla de datos y el gráfico se pueden descargar desde la plataforma Moodle de la asignatura.
Para más información sobre nuestro análogo de suelo marciano: https://ucc.eez.csic.es/wp-content/uploads/2019/09/HSSASRvolume8.pdf#page=7
Jueves, 16 de diciembre de 2021
Mars in our lab: Comparando la gravedad en la Tierra y en Marte
Marte y la Tierra son planetas muy parecidos, aunque también presentan diferencias significativas. La masa de Marte es poco más de una novena parte de la terrestre mientras que su radio es aproximadamente la mitad del terrestre. Esto hace que también haya diferencias en la gravedad entre ambos planetas: 9,8 m/s2 en el caso de la Tierra frente a 3,7 m/s2 en el planeta rojo. En nuestro caso, si fuésemos a Marte, esta diferencia sería responsable de que en Marte pesaríamos menos que en la Tierra o, en el caso de este planeta, es uno de los factores que explica por qué Marte ha perdido una gran parte de su atmósfera.
Los valores que calculábamos en la actividad anterior son valores globales, estimados para ambos planetas en su conjunto; pueden presentar variaciones locales que dependerán tanto de la masa de los materiales como en del radio del planeta en el punto de medida, y por tanto de la densidad de aquellos.
Una anomalía gravitatoria es la diferencia que existe entre el valor medido de la aceleración de la gravedad en un punto y el valor teórico (el que hemos calculado globalmente) para ese mismo lugar; se mide en miligals (1 miligal = 0,001 cm/s2) El efecto debido a la presencia de masas debido a las elevaciones o depresiones del terreno se denomina anomalía de aire libre. Los mapas siguientes muestran los valores de ambas anomalías en la Tierra y en Marte.
Anomalías gravitatorias de aire libre en la Tierra (http://www2.csr.utexas.edu/grace/gravity)
Mapa de anomalías gravitatorias de aire libre en la superficie de Marte (https://pdga.gsfc.nasa.gov/products/57)
En el caso de Marte, la aceleración de la gravedad se mide con una serie de instrumentos que hay a bordo de naves que orbitan el planeta. Puesto que la superficie es irregular vemos las variaciones que muestra el mapa de arriba: valores altos en el monte Olimpo o en los volcanes de Tarsis (las máximas elevaciones de Marte) y bajos en el Valles Marineris o en el gigantesco cráter de impacto de Hellas (los lugares más bajos). Y de igual manera se puede ver en el mapa de la Tierra.
Imaginemos ahora que corregimos el valor teórico general que hemos calculado, añadiendo o sustrayendo los efectos de la altitud y de la latitud. Si el planeta fuese homogéneo, no debiera haber diferencias entre los valores medidos con los instrumentos y los estimados. Pero la realidad es que las hay, tanto en la Tierra como en Marte. A esta diferencia se conoce como anomalía gravitatoria de Bouguer. Una anomalía positiva indica que hay un exceso de masa respecto al modelo de referencia en los materiales subyacentes. Por el contrario, una anomalía negativa indica un defecto de masa, o materiales con menor densidad. En consecuencia, el estudio de la distribución de las anomalías de Bouguer proporciona información acerca de la heterogeneidad el interior del planeta. Los mapas que siguen, muestran los valores de estas anomalías en la Tierra y en Marte.
Variaciones en los valores de la anomalía de Bouguer en la superficie terrestre (https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2015/04/Bouguer_gravity_anomaly).
Variaciones en la anomalía gravitatoria de Bouguer en la superficie de Marte (https://pgda.gsfc.nasa.gov/products/57).
El estudio de la distribución de las anomalías gravitatorias de Bouguer permite obtener información acerca del interior de Marte. Una anomalía positiva indica que el valor medido es más alto, y por tanto que hay más masa, y viceversa. En el caso de la Tierra, hay anomalías negativas en los continentes y positivas en el fondo de los océanos. Puesto que la corteza es menos densa que el manto, es de esperar que sea más gruesa en los lugares donde las anomalías sean negativas y tenga menos espesor donde las anomalías sean positivas. Esto se ha confirmado en la Tierra; los continentes -y especialmente las grandes cordilleras- presentan raíces que profundizan en el manto, mientras que en los fondos oceánicos, la discontinuidad de Mohorovicic, el límite entre corteza y manto, está más cerca de la superficie. En el caso de Marte, el video es ilustrativo.
Y volviendo al mapa de la variación de los valores de la anomalía de Bouguer de Marte, ¿dónde será más gruesa la corteza, en la cuenca Hellas o en las zonas circundantes? ¿Y cómo será en la región de Tarsis, donde se encuentran los tres grandes volcanes alineados de Marte? Comprueba tus resultados en el mapa de abajo.
Espesor de la corteza de Marte estimado a partir de los estudios de gravedad (https://svs.gsfc.nasa.gov/4436).
Como vemos, la geología nos da alegrías. Llevando nuestros conceptos de la Tierra a Marte podemos sacar conclusiones muy interesantes. Es ahora momento de hacer una valoración de lo comentado en esta entrada y de compartir nuestras conclusiones en el apartado de comentarios.
Jueves, 9 de diciembre de 2021
Mars in our lab. Marte y la Tierra: comparando la forma y el relieve de ambos planetas
Marte y la Tierra fueron dos planetas muy parecidos en sus inicios aunque después siguieron evoluciones muy diferentes. La forma de ambos planetas es un geoide, una esfera achatada por los polos, aunque hay una diferencia apreciable de tamaño entre uno y otro. La gravedad, consecuentemente, será distinta en ambos planetas. En nuestro proyecto vamos a desarrollar una serie de actividades en las que compararemos distintos aspectos de la geología de Marte y de la Tierra. En el aula de la asignatura alojada en la plataforma Moodle, tenemos la información necesaria para ello.
¿Qué planeta presenta un mayor achatamiento? ¿Cuánto es mayor la masa de la Tierra frente a la de Marte? ¿Hay diferencias en la densidad de ambos planetas? ¿Cuanto es mayor la gravedad terrestre frente a la marciana? ¿Qué conclusiones podremos sacar con respecto a estos resultados?
https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/original_images/jpegPIA02820.jpg
Topografía de Marte (https://www.jpl.nasa.gov/images/mars-topography)
La figura de arriba muestra la topografía de Marte. En ella se distinguen dos grandes unidades: las tierras altas del hemisferio sur, caracterizadas por una gran abundancia de cráteres de impacto, y las tierras bajas del norte, donde son muy escasos dichos cráteres. ¿Cómo se explican esas diferencias?
Elabora un breve informe con las respuestas y compártelo en la sección de comentarios.
Lunes, 29 de noviembre de 2021
Mars in our lab: Planteamos nuestro proyecto sobre Marte para este curso
Hace varios años que iniciamos en este instituto un proyecto sobre Marte con alumnado de cuarto de ESO. Pretendíamos estudiar tanto la supervivencia de bacterias en las condiciones ambientales de Marte así como evaluar si sería posible cultivar en el suelo marciano.
Conseguimos preparar un análogo del suelo marciano, cuya composición se analizó en el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, valoramos la supervivencia de distintos microorganismos bajo las condiciones que pudimos reproducir en nuestro laboratorio y incluso valoramos si determinadas plantas, Arabidopsis o pimientos de Padrón, podrían crecer en ese suelo.
Durante el curso pasado, nuestros compañeros de segundo de bachillerato estudiaron la supervivencia de las plantas ante determinados entornos salinos y el papel protector, e incluso favorecedor del crecimiento, de ciertas bacterias. Y de nuevo miramos a Marte, por cuanto ensayamos algunas de las sales que allá se han encontrado, como los cloratos, especialmente tóxicas para las plantas.
Ahora es el momento de que nos planteemos nuestro proyecto marciano para el presente curso académico, también con nuestro alumnado de cuarto de ESO. Y para ello son muy importantes las ideas de nuestro alumnado. Ya hemos hecho algunos planteamientos e incluso hemos empezado a trabajar en clase documentándonos sobre determinados aspectos del Planeta Rojo que pudieran ser relevantes para la supervivencia de seres vivos terrestres en Marte. Pero es el momento de concretarlos y de compartirlos en este blog. Así que os invitamos a que hagáis vuestras sugerencias sobre el proyecto, a que plateéis que se podría hacer, así como mediante qué posibles experimentos podríamos desarrollar. Es por tanto el momento de participar en los comentarios. Esperamos vuestras propuestas.