Comparamos nuestro análogo de suelo marciano RZV con otros análogos

1. Comparaciones globales

Uno de los objetivos de nuestro proyecto es comparar nuestro análogo de suelo marciano, RZV, con otros análogos desarrollados, concretamente con los analizados en el Laboratorio de Polvo Cósmico (CoDuLab) del IAA. En primer lugar vamos a mostrar gráficos conjuntos con todos los análogos y más adelante se comparará el RZV con cada uno de los suelos simulados. La mayoría simulan suelos marcianos, menos uno de ellos, el JSC 1A, que es un análogo lunar. Todos ellos están medidos con láser de longitud de onda del rojo. Un dato importante en estos análogos es el tamaño de los granos, que se indica en las descripciones. Con respecto a nuestro regolito RZV, tras triturarlo fue tamizado por un filtro que impedía el paso de granos de un diámetro mayor a 0,074 mm, lo que equivale a fragmentos menores de 74 micras.

2. Comparación RZV con Palagonita

Este análogo procede de cenizas volcánicas recolectadas en Hawaii, tamizadas.

https://scattering.iaa.es/node/78

Aspecto de los granos de palagonita al microscopio electrónico de barrido

Laan EC, Volten H, Stam DM, Muñoz O, Hovenier JW, Roush TL. Scattering matrices and expansion coefficients of martian analogue palagonite particles. Icarus vol. 199, pp. 219–230, 2009

3. Comparación RZV con JSC MARS-1

El análogo JSC MARS-1 fue uno de los primeros simulantes que se prepararon; procede de ceniza volcánica meteorizada del volcán Pu'u Nene, un cono de cenizas volcánicas de la isla de Hawaii. La muestra analizada por el IAA procesada en el Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC-ICV) para obtener partículas comprendidas entre 20 y 40 micras.

Aspecto de los granos del análogo JSC Mars-1 al microscopio electrónico de barrido

Martikainen J, Muñoz O, Jardiel T, Gómez Martín JC, Peiteado M, Willame Y, Penttilä A, Muinonen K, Wurm G, Becker T. Optical constants of Martian dust analogs at UV-visible-Near-infrared wavelengths. ApJS, vol. 268 (47), 2023.

4. Comparación RZV con JSC 0

Este análogo es una tefra palagonítica que se prepara a partir del JSC Mars-1 (obtenido de cenizas volcánicas meteorizadas del volcán Pu'u Nene, de Hawaii), tamizada con un filtro de 200 micras.

Aspecto de los granos del análogo JSC 0 al microscopio electrónico de barrido

Dabrowska DD, Muñoz O, Moreno F, Ramos JL, Martínez-Frías J, Gerhard W. . Scattering matrices of Martian dust analogs 488 nm and 647 nm. Icarus, vol. 250, pp. 83-94, 2015

5.  Comparación RZV con JSC 200

Este análogo es una tefra palagonítica que se prepara a partir del JSC Mars-1 tamizada con un filtro de 200 micras (por tanto igual que el JSC 0) pero que ha sufrido un calentamiento a 200ºC para eliminar volátiles.

Aspecto de los granos del análogo JSC 200 al microscopio electrónico de barrido

Dabrowska DD, Muñoz O, Moreno F, Ramos JL, Martínez-Frías J, Gerhard W. . Scattering matrices of Martian dust analogs 488 nm and 647 nm. Icarus, vol. 250, pp. 83-94, 2015

6. Comparación RZV con MGS-1

El MGS-1 (Mars Global Simulant) es un suelo preparado mezclando minerales individuales junto a material amorfo para dar un suelo con una composición basáltica similar a la observada por el rover Curiosity en el cráter Gale de Marte. Se ha procesado para dar un tamaño de grano comprendido entre 20 y 40 micras.

Aspecto de los granos del análogo MGS 1 al microscopio electrónico de barrido

Martikainen J, Muñoz O, Jardiel T, Gómez Martín JC, Peiteado M, Willame Y, Penttilä A, Muinonen K, Wurm G, Becker T. Optical constants of Martian dust analogs at UV-visible-Near-infrared wavelengths. ApJS, vol. 268 (47), 2023.

7. Comparación entre RZV y MMS 2M

El análogo MMS-2 (Simulante de Marte mejorado) se elabora a partir del análogo MMS (Mojave Mars Simulant), elaborado a partir de basaltos  Saddleback del desierto de Mojave, en Estados Unidos, al que se le añado óxido  férrico, óxido de magnesio, sulfatos y silicatos de manera que se parezca en un 90% a los materiales de la superficie de Marte. El tamaño de las partículas oscila entre 20 y 40 micras.

Aspecto de los granos del análogo MMS-2 al microscopio electrónico de barrido

Martikainen J, Muñoz O, Jardiel T, Gómez Martín JC, Peiteado M, Willame Y, Penttilä A, Muinonen K, Wurm G, Becker T. Optical constants of Martian dust analogs at UV-VIS-NIR wavelengths. ApJS 2023, in press.

8. Comparación RZV con el análogo JSC 1A Lunar

El JSC-1A es un material que procede de una cantera de cenizas del cráter Merriam, un cono de cenizas volcánicas cercano a Flagstaff (Arizona, Estados Unidos). No es un análogo de suelo marciano, sino de regolito lunar. Se eligió de modo que coincidiese con una muestra traída a la Tierra por el Apolo 14 y no dispone de añadidos, a diferencia de otras. Es una muestra de naturaleza basáltica con un gran contenido en vidrio volcánico. Nuestro suelo RZV también tiene un alto contenido en vidrio volcánico.

Aspecto de los granos del análogo JSC 1A al microscopio electrónico de barrido

Escobar-Cerezo J, Muñoz O, Moreno F, Guirado, D, Gómez Martín JC, Goguen JD, Garboczi EJ, Chiaramonti AN, Lafarge T, West RA. An Experimental Scattering Matrix for Lunar Regolith Simulant JSC-1A at Visible Wavelengths. The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 235, pp. 19-27, 2018

Detectando bacterias adheridas a la superficie de granos de nuestro análogo marciano RZV

A iniciativa de Manuel Espinosa, hemos estudiado la capacidad de los microorganismos de colonizar granos del suelo de nuestro análogo de suelo marciano, el RZV. Para ello ha puesto en un tubo un fragmento pequeño del simulante, del orden de 1 mm, con medio líquido de cultivo. Se ha inoculado con Stutzerimonas stutzeri (antes Pseudomonas stutzeri, como la denominamos en fases anteriores de nuestro proyecto). Esta bacteria está marcada con el gen de la proteína fluorescente verde (gfp). El medio de cultivo es un medio rico, pero algo diluido para que las bacterias no crezcan demasiado rápido y se pueda comprobar su capacidad de adherirse a las superficies de los fragmentos. Se ha incubado durante unas 18 horas a una temperatura de 30ºC.

Esta mañana hemos visitado la Estación Experimental del Zaidín para comprobar los resultados de estos experimentos. Pasadas las 18 horas, se ha lavado la muestra y se ha procedido a su observación en un microscopio de fluorescencia en el laboratorio de Manuel Espinosa en la Estación Experimental del Zaidín. Este instrumento tiene una fuente de luz ultravioleta, que en el caso de que estén presentes sustancias fluorescentes hará que estas emitan luz visible. 

Los resultados se muestran en las imágenes adjuntas. La presencia de luz de tono verdoso en el fragmento de análogo confirma que las bacterias se han adherido a nuestra muestra de suelo marciano simulado.

Sesión con Olga Muñoz (IAA) y Manuel Espinosa (EEZ)

Nuestro proyecto de Marte gira ahora en torno al estudio del polvo cósmico, concretamente nuestro principal objetivo es ver en qué medida nuestro análogo RZV se parece a otros análogos o simulantes de suelos marcianos a través de sus propiedades ópticas. A final del curso anterior llevamos a cabo nuestros experimentos en el Instituto de Astrofísica de Andalucía y esta mañana hemos tenido una nueva reunión con los dos investigadores que dirigen el proyecto, los doctores Olga Muñoz (astrofísica del IAA-CSIC) y Manuel Espinosa (microbiólogo de la EEZ-CSIC).

En la exposición inicial Olga ha destacado la importancia del estudio del polvo marciano, cuyo efecto se manifiesta en las tormentas globales que impiden ver la topografía de la superficie del planeta y que interviene en la regulación de la temperatura en el planeta rojo.

El polvo y sus características puede ser estudiado a partir de la luz que aquel dispersa en todas direcciones cuando es iluminado. En el laboratorio de polvo cósmico del IAA (CoDuLab) han desarrollado el dispositivo con el que hicimos las mediciones de nuestro análogo y que consiste, básicamente, en una sistema que genera una nube de polvo con las muestras sobre la que incide un haz de luz láser y un detector que va girando y captando la cantidad de luz que el polvo dispersa a determinados ángulos. A partir del análisis de los resultados se pueden hacer inferencias sobre el tamaño, la forma y la composición de los granos de polvo. La presentación que Olga usó para su charla se puede consultar en este enlace y en la pestaña recursos.

En nuestro caso nos planteamos un doble objetivo, por un lado comprobar en qué medida se parece nuestro análogo RZV a otros desarrollados por otras instituciones y si la técnica podría detectar la presencia de microorganismos en el polvo o la presencia de materia orgánica en él, en este caso de un compuesto ópticamente activo como es la glucosa.

Nuestros resultados se muestran en las siguientes gráficas.

La figura de arriba compara la función de fase de nuestro suelo RZV (azul) y del mismo con microorganismos (rojo). Los resultados no muestran diferencias significativas entre ambas muestras. Lo mismo se concluye de las gráficas siguientes.

En el caso del suelo añadido con glucosa, se han observado ligeras diferencias para algunos ángulos, pero en cualquier caso no son importantes.

Hemos hecho también algunas comparaciones de nuestras muestras con otras que hay en la base de datos de polvo cósmico del IAA. En primer lugar con palagonita. Este análogo es similar al nuestro en cuanto a elaboración pues se trata de material volcánico, aunque en este caso no hay selección del tamaño del material. Los resultados se muestran a continuación y, como se aprecia, muestran diferencias entre nuestro análogo y la palagonita.

Hemos comparado también con muestras orgánicas. La primera de ella son los tolines, unas partículas sintetizadas a partir de los componentes de la atmósfera de Titán y que son de naturaleza orgánica. En este caso las diferencias son muy apreciables. A diferencia de nuestras muestras, los tolines son muy heterogéneos en cuanto a su tamaño y presentan una forma irregular.

Y también hemos encontrado diferencias muy apreciables comparando con polen de ciprés. Este presenta un tamaño más homogéneo en cuanto a su forma, aunque su superficie es muy irregular.

Llegados a este punto y con estos resultados, tenemos proyecto, y un proyecto muy interesante. Tenemos a nuestra disposición la base de datos del IAA, accesible desde este enlace: https://scattering.iaa.es. 

Podemos acceder a los datos de las muestras que han estudiado y hacer comparaciones con las nuestras. Nuestro proyecto ahora camina por ahí, porque veamos qué análisis son interesantes para nuestros planteamientos y para que comparemos sus resultados con los nuestros.  ¿Qué comparaciones os parecen oportunas y cuál sería su finalidad? Ya sabéis, las propuestas en comentarios.

Una nueva etapa en nuestro proyecto: Scattering del RZV, nuestro suelo simulado marciano

 Abrimos un nuevo frente en nuestro proyecto educativo sobre Marte. Hasta ahora hemos caracterizado un material volcánico como base para nuestro análogo de suelo marciano, hemos estudiado la supervivencia de las bacterias en condiciones similares a las de Marte simuladas en nuestro laboratorio y hemos llevado a cabo diversos experimentos para ver si sería posible cultivar plantas en Marte. De todo ello que da constancia en las distintas secciones de este blog. 

Es ahora momento de estudiar nuestro análogo mediante scattering, dispersión de luz láser en polvo fino de nuestro simulante. Para ello hemos triturado nuestras muestras hasta obtener un polvo con un tamaño de grano inferior a 0,076 mm. Este polvo va a ser la base de nuestros estudios.

El pasado viernes la doctora Olga Muñoz, responsable del laboratorio de polvo cósmico (CoDuLab) del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, CSIC) nos recibía en las instalaciones. Asistimos el doctor Manuel Espinosa Urgel (EEZ, CSIC), nuestro científico de referencia en los estudios de índole astrobiológica, y tres de nuestros jóvenes: Rosalía Anglada, Julia Gómez e Iván Molina. Tras una breve charla en la que nos habló de la técnica de scattering, pasamos a ver el instrumento que la realiza y cómo se preparan las muestras y cómo es el funcionamiento del mismo.

 

En una mañana muy intensa nos dio tiempo a realizar tres medidas de la muestra RZV, que será utilizada como control para otros experimentos de los que hablaremos más adelante así como para comparar el polvo de nuestro análogo con el de otros suelos simulados profesionales que han sido estudiados en este laboratorio.

 

Pero también hemos planteado experimentos astrobiológicos. Nos hemos propuesto ver si la técnica sería capaz de detectar microorganismos en las muestras de polvo. Para ello, Manuel Espinosa ha preparado unos cultivos de una bacteria con la que trabaja y que hemos utilizado también en nuestros experimentos: Pseudomonas putida.  Para ello la ha cultivado en medio líquido, ha eliminado el medio de cultivo centrifugando y suspendiendo la muestra en agua, ha desecado la muestra y la ha esterilizado mediante tratamiento con radiación ultravioleta. El material así obtenido se ha mezclado con treinta gramos de polvo RZV hasta dar una concentración de 10.000.000 de microorganismos por gramos de polvo. De estas muestras igualmente se hicieron tres medidas.

Otro experimento ha consistido en estudiar los patrones de scattering de polvo al que se le ha añadido materia orgánica. En concreto se ha preparado una mezcla de polvo y glucosa, triturada hasta tener el mismo tamaño de poro que el polvo (5 g de glucosa/30 g polvo). Se da la circunstancia de que este monosacárido, en disolución presenta actividad óptica siendo dextrógiro en solución (gira el plano de polarización de la luz hacia la derecha). En este caso, solo pudimos hacer dos medidas. No hubo tiempo de más. También nos habíamos planteado un experimento similar pero con fructosa, un isómero de la glucosa pero levógiro, que gira el plano de polarización hacia la izquierda.

Por ahora tenemos los gráficos preliminares obtenidos mientras se hacían las pruebas que muestran cómo fue el proceso. En breve tendremos los resultados numéricos que nos permitirán un mejor análisis de los datos.

Efectos de los microorganismos sobre el desarrollo de Lactuca

Los experimentos anteriores en los que estudiábamos el desarrollo de nuestras plantas en presencia de las bacterias en placas en las que combinábamos medios de cultivo para microorganismos y para plantas no dieron los resultados apropiados pues el medio TSA ejercía un efecto negativo sobre el desarrollo de las plantas. Esto lo comprobamos poniendo semillas a germinar en placas con este medio sin que se produjese la misma. 

Por tanto repetimos el experimento. Hemos añadido dos bacterias junto a las que aíslalos el año pasado, Pseudomonas putida y Pseudomonas stutzeri. Y las fotos de abajo muestran el estado de las plantillas pasados 13 días (las inoculamos justo el día que nos íbamos de vacaciones). Para un análisis adecuado de los resultados recordemos que habíamos inoculado las semillas en estría pero solo en media placa, alternando la estría en el lado derecho y en el lado izquierdo. La idea es que si la bacteria ejerce un efecto positivo podríamos ver las raíces dirigirse hacia los microorganismos o, si ejerce un efecto negativo, alejarse de ellas o crecer menos las que estén más cerca. 

Planococcus rifitoensis TV1

Pseudomonas xanthomarina TV2

Peribacillus simplex PQ2

Pseudomonas putida

Pseudomonas stutzeri

Las placas anteriores contienen solo medio de cultivo. Al otro lote de placas añadimos clorato potasio 0,05M. En estas placas no se han desarrollado las semillas. El clorato potásico ejerce un efecto negativo sobre la germinación y desarrollo de Lactuca, incluso a bajas concentraciones.

¿Qué conclusiones podemos sacar de la observación de las placas? Hay alguna bacteria de la que se pudiera pensar que tiene efecto negativo? ¿Y que tenga efecto negativo? Esperamos las conclusiones en los comentarios.