Una vista de la formación "Kimberley" en Marte tomada por el rover Curiosity de la NASA. Los estratos del primer plano se inclinan hacia la base del monte Sharp, lo que indica el flujo de agua hacia una cuenca que existía antes de que se formara la mayor parte de la montaña. Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Las caras polvorientas de la Luna y Marte esconden peligros invisibles para los futuros exploradores. Las zonas de material altamente oxidante podrían ser lo suficientemente reactivas como para producir quemaduras químicas en la piel o los pulmones de los astronautas sin protección. Inspirándose en la búsqueda pionera de vida marciana, un equipo griego está desarrollando un dispositivo para detectar estas "especies reactivas de oxígeno", así como para recoger suficiente oxígeno de ellas para que los astronautas puedan respirar indefinidamente.

Los aterrizadores estadounidenses Viking que aterrizaron en Marte en 1976 llevaron a cabo experimentos en busca de vida marciana cuyos resultados aún se debaten más de cuatro décadas después.

El experimento "Labeled Release" de Viking aplicó un líquido micronutriente a una muestra de suelo marciano, que liberó copiosas cantidades de oxígeno como respuesta. Algunas autoridades interpretaron este resultado como una prueba de la existencia de vida microbiana en Marte, salvo que, incluso después de esterilizar la muestra con calor de 160°C, esta producción de oxígeno continuó. Mientras tanto, otros experimentos de Viking no encontraron rastros de sustancias químicas orgánicas.

"La principal interpretación actual es que los resultados se debieron a una reacción química abiótica", señala el profesor Elias Chatzitheodoridis, del Departamento de Ciencias Geológicas de la Universidad Técnica Nacional de Atenas.

"La producción de oxígeno fue causada por una especie reactiva de oxígeno que reaccionó con el agua del líquido nutritivo", señala el profesor Christos Georgiou, del Departamento de Biología de la Universidad de Patras. "Dichas especies reactivas pueden proceder de sales metálicas de superóxidos, peróxidos o percloratos, este último detectado por el módulo de aterrizaje Mars Phoenix de la NASA en el Ártico marciano en 2008.

El módulo de aterrizaje Mars Phoenix de la NASA detectó sales de perclorato en el Ártico marciano en 2008. Crédito: NASA

"Trazar un mapa de estas especies altamente reactivas será importante para los colonos marcianos y lunares, no sólo porque su presencia será perjudicial para los asentamientos humanos y el crecimiento de los cultivos, sino también porque borrará cualquier rastro de posibles biofósiles marcianos, por lo que estas zonas pueden descartarse de la búsqueda de vida en Marte".

El Departamento de Biología de la Universidad de Patras ya ha realizado experimentos sobre la generación de especies reactivas de oxígeno en muestras de suelo de los áridos desiertos marcianos de Mojave y Atacama, así como de sales de perclorato expuestas a la radiación.

"Estas especies reactivas de oxígeno se crean por la intensa irradiación ultravioleta de la superficie, especialmente de los minerales fracturados y rotos por temperaturas extremas y micrometeoritos, lo que da lugar a una superficie con muchos enlaces químicos libres", explica el profesor Georgiou.

Los equipos universitarios combinados se dieron cuenta de que el experimento de micronutrientes líquidos de Viking sería un modelo viable para un detector de estas especies reactivas de oxígeno. Las muestras de suelo se colocarían en un dispositivo de microfluidos, produciendo oxígeno detectable mediante la humectación con agua más la acción de catalizadores. Propusieron la idea a la ESA a través de la Plataforma de Innovación del Espacio Abierto, que busca ideas prometedoras para la investigación y el desarrollo.

El proyecto de detección de especies reactivas de oxígeno de la ESA, apoyado a través del Elemento de Desarrollo Tecnológico de la ESA, incluirá el diseño inicial de un dispositivo reactor a gran escala para extraer periódicamente el oxígeno del suelo, lo que se denomina "cultivo de oxígeno". La irradiación solar UV repondrá entonces su suministro de oxígeno en cuestión de horas. Se calcula que un área de 1,2 hectáreas (3 acres) produciría suficiente oxígeno para mantener con vida a un solo astronauta. Crédito: Universidad Técnica Nacional de Atenas / Universidad de Patras

"Lo más interesante es que esta técnica puede utilizarse para algo más que para la detección de superóxido", explica la ingeniera de materiales y procesos de la ESA Malgorzata Holynska.

"El proyecto, apoyado a través del Elemento de Desarrollo Tecnológico de la ESA, incluirá el diseño inicial de un dispositivo reactor a gran escala para extraer periódicamente el oxígeno del suelo, lo que denominamos "cultivo de oxígeno". La irradiación solar UV repondrá entonces su suministro de oxígeno en cuestión de horas. Se calcula que un área de 1,2 hectáreas produciría suficiente oxígeno para mantener vivo a un solo astronauta".

"El regolito lunar y marciano disponible en el mercado, químicamente alterado por el contacto con la atmósfera rica en oxígeno de la Tierra, no es adecuado para las pruebas, dice el profesor Chatzitheodoridis. "En consecuencia, el equipo del proyecto está estudiando la posibilidad de crear sus propios simulantes en entornos controlados. Además, utilizaremos meteoritos lunares y marcianos para probar el instrumento, pero también tenemos previsto solicitar a la NASA muestras lunares reales para las pruebas."

"El objetivo es que el detector de prospección sea más pequeño que un libro de bolsillo", afirma el Dr. Ioannis Markopoulos, director de la empresa 01 Mechatronics, que planea producir un prototipo de detector. "Es probable que los astronautas lo encuentren útil a lo largo de cualquier misión a la Luna y Marte".
La humectación con H2O de las muestras de suelo por el detector, provoca la disolución de superóxidos metálicos (O2--) y peróxidos (O22-, convertidos enH2O2 tras la hidrólisis) y la liberación de O2 en los pasos secuenciales 1 y 2 (concepto de "cultivo de oxígeno"). El electrodo de O2 del detector OxR registra los valores de O2 liberado A y B (correspondientes a los moles de O2 liberados, mostrados en cursiva roja y azul para designar su origen de las respectivas reacciones 1 y 3). Los valores A y B se convierten en yH2O2 y xO2-- moles mediante la inserción en ecuaciones matemáticas derivadas de las estequiometrías de las reacciones 1 y 3. Los radicales hidroxilos (-OH), que se generan al mojar el suelo con H2O, se miden mediante la fluorescencia del 2-OH-TPA (a ex/em 310/420 nm), el producto de la reacción específica del -OH con su trampa no fluorescente, el tereftalato (TPA). Crédito: Universidad Técnica Nacional de Atenas / Universidad de Patras

"Las especies reactivas de oxígeno se producen en nuestro propio cuerpo, de ahí que nuestro organismo produzca antioxidantes como respuesta", añade el profesor Georgiou. "También pueden producirse a través de los suelos terrestres áridos expuestos a la radiación y durante las actividades mineras. En el espacio se producirán por la radiación cósmica que interactúa con las superficies metálicas, como en los depósitos de agua y alimentos, y el oxígeno de la cabina, por lo que un detector de este tipo será sin duda útil para controlar el entorno de la nave espacial."

El Dr. Markopoulos añade: "Ciertamente vemos el potencial de una derivación terrestre también; con estas especies reactivas de oxígeno dañinas muy extendidas en la Tierra, el potencial está ahí para una herramienta muy buena para la comercialización".

Crédito: Agencia Espacial Europea