Las plantas todavía pueden crecer bien en cielos alienígenas

La fotosíntesis cambió la Tierra de maneras poderosas. Cuando aparecieron los organismos fotosintéticos, se produjo el Gran Evento de Oxigenación. Esto permitió que evolucionara la vida multicelular y condujo a la capa de ozono. Protegida por la intensa radiación ultravioleta del Sol, la vida podría llegar a la Tierra.

Pero los organismos fotosintéticos de la Tierra evolucionaron bajo la iluminación específica del sol. ¿Cómo se comportan las plantas bajo otras estrellas?

Nuestro sol es una estrella de tipo G, a veces llamada enana amarilla. A nosotros nos parece una estrella normal, pero las enanas amarillas no lo son. Sólo entre el 7% y el 8% de las estrellas de la Vía Láctea son estrellas de tipo G. Cuando se trata de comprender la habitabilidad de los exoplanetas, debemos comprender las estrellas más abundantes.

Algunos científicos proponen que las estrellas enanas K son las estrellas anfitrionas más adecuadas para exoplanetas habitables. Tienen alrededor del 50% y el 80% de la masa de las estrellas de tipo G, son más abundantes y tienen una luminosidad constante durante miles de millones de años que las estrellas similares al Sol.

El Sol es estable en la secuencia principal durante unos 10 mil millones de años, mientras que las estrellas de tipo K lo son durante 70 mil millones de años. A pesar de esto, la mayoría de las investigaciones sobre habitabilidad de exoplanetas se centran en las enanas M, o enanas rojas, que en realidad pueden ser más inhóspitas para la vida debido a las mareas y al bloqueo de las mareas.

En el nuevo estudio, los tres investigadores simularon la producción de luz de una estrella enana K y cultivaron dos organismos fotosintéticos en esas condiciones para ver cómo responderían. El artículo de investigación es «Observación de una importante fotosíntesis en berros y cianobacterias bajo iluminación simulada de una estrella enana K». Publicado en Revista Internacional de Astrobiologíay la autora principal Eva Vilovic, Ph.D. Estudiante del Grupo de Investigación en Astrobiología de la Universidad Técnica de Berlín.

El berro, cuyo nombre latino es Lepidium sativum, es una verdura común que se utiliza en ensaladas, sopas y sándwiches. Es una planta flexible y de rápido crecimiento. La cianobacteria crococcidiopsis es una extrófila que se sabe que permanece latente y viable durante 13 millones de años. Puede resistir la radiación, la deshidratación y las temperaturas extremas y es de interés en astronomía.

Esperamos que la fotosíntesis desempeñe un papel en la astrobiología. La luz de las estrellas proporciona energía a los organismos para sintetizar compuestos orgánicos. Para comprender la fotosíntesis en astrobiología, debemos comprender cómo otras estrellas proporcionan energía para la fotosíntesis.

«Por tanto, comprender cualquier planeta en el contexto de su entorno estelar es un paso esencial para evaluar su habitabilidad», escriben los autores.

Los astrónomos buscan planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol porque esa es la única vida que conocemos. Prestan especial atención a las enanas M porque son abundantes y se sabe que albergan muchos exoplanetas rocosos en sus zonas habitables. Los científicos han demostrado que los organismos fotosintéticos de la Tierra pueden crecer bajo luz M-Dwarf simulada. Pero la habitabilidad de las enanas M enfrenta una gran cantidad de obstáculos potenciales.

En este trabajo, los investigadores se centraron en las enanas K. Carecen de la actividad magnética que produciría una llamarada muy poderosa en las enanas M, tan poderosa que podría esterilizar los planetas en su zona habitable de agua líquida.

Las zonas habitables alrededor de las enanas K también están lo suficientemente lejos como para que los planetas no estén bloqueados por mareas, otra posible barrera a la habitabilidad que afecta a las enanas M. Las enanas K se vuelven habitables antes en sus vidas que las enanas M debido al rápido debilitamiento de los flujos de rayos X y FUV.

«A fin de cuentas, las enanas K pueden considerarse ‘estrellas Ricitos de Oro’ en la búsqueda de planetas potencialmente portadores de vida», escriben los autores.

Los tres investigadores expusieron plántulas de berros a tres regímenes de luz diferentes: luz solar, luz enana K y ausencia de luz. Visualmente, los modelos Solar y K-Dwarf eran similares, aunque la mayor parte del tiempo las semillas germinaban uno o dos días antes bajo la luz del sol. La variedad K-Dwarf tiene una superficie foliar ligeramente mayor.

Después de siete días, una vista lateral de los ejemplares mostró que la altura y la longitud del tallo eran diferentes. Bajo la luz K-Dwarf, la planta acuática creció más.

Los investigadores midieron el contenido de agua y la masa seca. En condiciones de enana K, la vegetación acuática tiene un contenido de agua ligeramente mayor y un contenido seco menor en comparación con las condiciones solares.

Los investigadores probaron la eficiencia fotosintética y no encontraron diferencias significativas entre los modelos solar y K-dwarf.

La resistente cianobacteria extremófila Crococcidiopsis sp. CCMEE 029 se encuentra en el otro extremo del espectro del berro de rápido crecimiento. Sobrevive a largos períodos de inactividad y puede soportar condiciones extremas de crecimiento. Los investigadores lo cultivaron en condiciones solares, enanas K y de oscuridad.

Miden la concentración total promedio (IntD) de la cianobacteria, un indicador del crecimiento del cultivo. Descubrieron que el modelo K-dwarf exhibía valores más altos que el modelo solar, pero las diferencias no se consideraron significativas.

Como era de esperar, «las cianobacterias no logran exhibir una IntD significativamente mensurable en condiciones continuas de oscuridad», escriben los autores en su artículo.

Señalan que su estudio no reprodujo perfectamente las condiciones naturales. La intensidad de la luz solar varía a lo largo del día, pero no la incluyeron en su estudio.

«La intensidad de la luz solar en la Tierra varía a lo largo del día, con intensidades máximas que ocurren durante las horas centrales. Esta variación es crítica para que las plantas se adapten y respondan a las condiciones de luz cambiantes, incluida la activación de extinción no fotoquímica (NPQ) para mitigar los efectos de exceso de luz», escriben. NPQ ayuda a las plantas a afrontar los períodos de exceso de luz, es decir, disipando más luz en forma de calor de la que puede fotosintetizar.

«Comprender los efectos de la radiación enana K sobre la fotosíntesis y el crecimiento es importante no sólo para evaluar su viabilidad para los organismos fototróficos, sino también para la interpretación de las firmas biológicas de la atmósfera extrasolar», explican los autores. Otras investigaciones en esta área se han centrado en las enanas M, y los tres investigadores dicen que son, hasta donde saben, los primeros en observar la fotosíntesis y las enanas K.

«Estos resultados pueden acercarnos a identificar qué entornos estelares podrían ser candidatos adecuados en la búsqueda de mundos habitables», escriben los autores. «Estos hallazgos no sólo resaltan los mecanismos de adaptación de los organismos fotosintéticos a un entorno radiativo modificado, sino que también indican la importante habitabilidad de los exoplanetas que orbitan alrededor de estrellas enanas K».