Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa
Vol. 1 / N° 1 julio-diciembre, 2024
© Asociaci´on Peruana de Astrobiologia
Calle Santa Cruz MZ A Lt 8 Las Flores de Villa
Lima, Peru
Dep´osito Legal N° 2024-08782
ISSN: 3028-9866 (En l´ınea)
doi: 10.69976/aspast.v1n1
i
Equipo Editorial
Dr. Octavio A. Chon Torres
Director Editorial
Asociaci´on Peruana de Astrobiolog´ıa / Universidad de Lima
COMIT
´
E EDITORIAL
Dra. Roxana Yesenia Pastrana Alta
Universidad Nacional de Ingenier´ıa
Med. Vet. C´esar Andre´e Murga-Moreno
Universidad Nacional de Cajamarca
Blga. Meissy Montes
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Maricielo Alejandra Vera Riega
Universidad Cient´ıfica del Sur
Mg. Saby Evelyn Lazarte Oyague
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
COMIT
´
E CIENT
´
IFICO
Ph.D. Steven Dick
Former NASA Chief Historian and Former Baruch S. Blumberg NASA/Library of
Congress Chair in Astrobiology, Estados Unidos
Ph.D. Margaret Boone Rappaport
Co Founder at The Human Sentience Project, Estados Unidos
Prof. Dr. Jes´us Mart´ınez-Fr´ıas
Universidad Complutense de Madrid / Consejo Superior de Investigaciones Cient´ıficas,
Espa˜na
Dr. Roberto Aretxaga Burgos
Universidad de Deusto, Espa˜na
Ph.D. Tony Milligan
Department of Theology and Religious Studies, King’s College London, Reino Unido
Ph. D. Sun Kwok
University of British Columbia, Canad´a
Ph.D. Christopher Corbally
Vatican Observatory, Vaticano
Ph.D. Erik Persson
Lund University, Suecia
Ph.D. David Dun´er
Lund University, Suecia
ii
Ph.D. Juli´an Chela-Flores
The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, Italia
Ph.D. Jorge Enrique Bueno Prieto
Director del Instituto de Astrobiolog´ıa de Colombia, Colombia
Ph.D. Julio Valdivia Silva
Universidad de Ingenier´ıa y Tecnolog´ıa, Per´u
MSc. Holger Saul Perez Monta˜no
Director de Innovaci´on y Transferencia Tecnol´ogica
Director de Arrhenius Research Institute, Per´u
Mg. Jose Luis Solis Toscano
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Per´u
EQUIPO T
´
ECNICO
Edmundo Alfredo Vidal Saenz
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Sharon Helen Jurado Reyes
Universidad Nacional Agraria La Molina
Carlos Eduardo Cetraro Tello
Universidad de Lima
Jos´e Antonio Mamani Rojas
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Janette Manuela Pinto Apolinario
Universidad Nacional Federico Villarreal
Duverlyn Josu´e Mendoza Villanueva
Universidad Nacional Federico Villarreal
Rossana Magui˜no Napur´ı
Independiente
Aaron Zu˜niga Condori
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas
Jehoshua Macedo Bedoya
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Jorge Abraham Hern´andez Rodr´ıguez
Universidad Privada del Norte
Angel Cristel Chuqui Ogo˜na
Universidad Privada del Norte
Kleber Victor Bautista Baygorrea
Universidad Nacional de Ingenier´ıa
Rivaldo Carlos Duran Aquino
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Sofia Secibel Casabona Miranda
Universidad Nacional Federico Villarreal
Julio Jes´us Reyes Salazar
Universidad Nacional Federico Villarreal
Hanz Juan Salazar Ib´a˜nez
Universidad de Concepci´on, Chile
Diego Due˜nas Parapar
Space Generation Advisory Council,
Austria
Jhann Carlo Reyes Morales
Universidad Nacional Mayor de San Marcos
https://revistadeastrobiologia.com/
iii
Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), e2 doi: 10.69976/aspast.v1n1.2
ART
´
ICULO DE INVESTIGACI
´
ON
Hongos en el espacio
Jehoshua Macedo-Bedoya
1,2
https://orcid.org/0009-0008-7958-5318
Flavia Anlas-Rosado
2
https://orcid.org/0009-0003-2129-6947
Yakov Quinteros-G´omez
2
https://orcid.org/0000-0003-2049-5971
1
Asociaci´on Peruana de Astrobiolog´ıa, Lima, Per´u.
2
Laboratorio de Ecolog´ıa Tropical y An´alisis de Datos, Facultad de Ciencias Biol´ogicas,
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Per´u
Email: fl[email protected]
Recibido: 27/09/2024 • Revisado: 20/10/2024 • Aceptado: 12/11/2024
Resumen
Este art´ıculo explora la capacidad de adaptaci´on y resistencia de los hongos en el espacio,
subrayando su relevancia para la astrobiolog´ıa y la sostenibilidad de misiones espaciales
de larga duraci´on. A trav´es de una revisi´on bibliogr´afica de estudios publicados en bases
de datos acad´emicas de alto impacto como Google Scholar, PubMed, Scopus y Web of
Science, se analizaron investigaciones sobre la resiliencia de estos organismos frente a
condiciones extremas, incluyendo radiaci´on, microgravedad y vac´ıo espacial. Asimismo,
se examina el potencial biotecnol´ogico de los hongos para la producci´on de alimentos,
medicamentos y materiales en entornos de recursos limitados y se identifican tambi´en
riesgos significativos asociados a la biocontaminaci´on y sus posibles efectos adversos sobre
la salud de los astronautas, la integridad del equipo y la protecci´on planetaria. En este
contexto, se enfatiza la necesidad de desarrollar estrategias efectivas de control micol´ogico
y medidas de protecci´on para mitigar estos riesgos en futuras misiones.
Palabras clave: Astrobiolog´ıa, biotecnolog´ıa, misiones espaciales, resiliencia f´ungica.
Citar como:
Macedo-Bedoya, J., Anlas-Rosado, F., y Quinteros-G´omez, Y. (2024). Hongos en el espa-
cio. Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), e2. http://doi.org/10.69976/aspast.v1n1.2
1
Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), e2 doi: 10.69976/aspast.v1n1.2
RESEARCH ARTICLE
Fungi in Space
Jehoshua Macedo-Bedoya
1,2
https://orcid.org/0009-0008-7958-5318
Flavia Anlas-Rosado
2
https://orcid.org/0009-0003-2129-6947
Yakov Quinteros-G´omez
2
https://orcid.org/0000-0003-2049-5971
1
Asociaci´on Peruana de Astrobiolog´ıa, Lima, Per´u.
2
Laboratorio de Ecolog´ıa Tropical y An´alisis de Datos, Facultad de Ciencias Biol´ogicas,
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Per´u
Email: fl[email protected]
Received: 27/09/2024 • Reviewed: 20/10/2024 • Accepted: 12/11/2024
Abstract
This article explores the adaptive and resilient capacity of fungi in space, highlighting its
relevance for astrobiology and the sustainability of long-term space missions. Through
a bibliographic review of studies published in high-impact academic databases such as
Google Scholar, PubMed, Scopus, and Web of Science, research was analyzed on the re-
silience of these organisms under extreme conditions, including radiation, microgravity,
and the vacuum of space. Additionally, the biotechnological potential of fungi for the pro-
duction of food, medicines, and materials in resource-limited environments is examined,
along with significant risks associated with biocontamination and its possible adverse ef-
fects on astronaut health, equipment integrity, and planetary protection. In this context,
the need for effective mycological control strategies and protective measures to mitigate
these risks in future missions is emphasized.
Keywords: Astrobiology, biotechnology, fungal resilience, space missions.
Cite as:
Macedo-Bedoya, J., Anlas-Rosado, F., y Quinteros-G´omez, Y. (2024). Fungi in Space.
Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), e2. http://doi.org/10.69976/aspast.v1n1.2
2
Macedo-Bedoya et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.2
Introducci´on
A lo largo de la historia evolutiva del planeta Tierra, los hongos han desempe˜nado roles
fundamentales en el mantenimiento del equilibrio y la funcionalidad de los ecosistemas
(Grossart et al., 2019), siendo vitales en procesos como la descomposici´on de materia
org´anica (Tunlid et al., 2022), el reciclaje de nutrientes (Netherway et al., 2021) y la
simbiosis con otros organismos (Bahram & Netherway, 2021; Aban, 2024). Su capacidad
de adaptaci´on a diversos entornos ha permitido su supervivencia en una amplia variedad
de h´abitats, siendo las condiciones de elevada humedad relativa las m´as favorables para
su crecimiento (Pasanen et al., 1991; Sokolov´a & Ryparov´a, 2019; Zhan et al., 2021; Chen
et al., 2023), hasta los m´as extremos, como los desiertos polares (Shiryaev et al., 2018; de
Menezes et al., 2021), los suelos volc´anicos (Wang & Pecoraro, 2021; Zhang et al., 2024) y
las profundidades oce´anicas (Pernice et al., 2024). No obstante, en las ´ultimas d´ecadas, el
inter´es por estos organismos ha trascendido los l´ımites terrestres, ya que los avances en la
exploraci´on espacial han revelado su notable resiliencia en condiciones del espacio exterior,
de este modo, ha suscitado un creciente inter´es en el campo de la astrobiolog´ıa (Deshevaya
et al., 2024).
La expansi´on de la exploraci´on espacial, especialmente desde la creaci´on de la Estaci´on
Espacial Internacional (International Space Station, ISS) en 1998 (Evans et al., 2009), di-
rigida por la NASA en colaboraci´on con la Agencia Espacial Federal Rusa (ROSCOSMOS)
y dem´as agencias internacionales, ha abierto nuevas l´ıneas de investigaci´on orientadas a
comprender las respuestas moleculares de organismos animales (Tavella et al., 2012; Mc-
Donald et al., 2020), vegetales (Kittang et al., 2014; Baba et al., 2022) y microbianos
(Benoit et al., 2006; Zea et al., 2016; Blachowicz et al., 2021) para sobrevivir en condi-
ciones extremas del espacio. Entre estos organismos, los hongos han demostrado una
extraordinaria resistencia a factores como la radiaci´on c´osmica, la microgravedad y el vac´ıo
del espacio (Ponizovskaya et al., 2017; W¨osten et al., 2018; Tesei et al., 2021). En este
contexto, los hongos despiertan inter´es por su notable resistencia a las duras condiciones
del espacio y su considerable potencial biotecnol´ogico (Gomoiu et al., 2016).
Estos organismos presentan una amplia gama de propiedades que los posicionan como
candidatos id´oneos para contribuir a la sostenibilidad de misiones espaciales de larga du-
raci´on. Entre sus capacidades se encuentran la producci´on de antibi´oticos y compuestos
bioactivos (Guzm´an-Ch´avez et al., 2018), generaci´on de alimentos (Derbyshire et al., 2023),
y materiales de construcci´on (W¨osten et al., 2018) que contribuir´ıan a reducir la depen-
dencia de los insumos terrestres y facilitar la autosuficiencia en futuras colonias espaciales.
A pesar de estos beneficios potenciales, la presencia de hongos en ambientes espaciales
tambi´en plantea serios desaf´ıos en t´erminos de biocontaminaci´on (Makimura et al., 2011).
Los riesgos para la salud de los astronautas y la posible colonizaci´on de superficies cr´ıticas
dentro de naves espaciales y estaciones orbitales deben ser cuidadosamente considerados
(Hupka et al., 2023). Asimismo, la posibilidad de contaminar otros cuerpos celestes, como
Marte, genera inquietud sobre la introducci´on de especies terrestres en ecosistemas extrater-
restres (Cortes˜ao et al., 2021), lo que podr´ıa comprometer tanto la exploraci´on cient´ıfica
como la habitabilidad futura. Este art´ıculo tiene como objetivo proporcionar una revisi´on
sobre los hongos en el espacio, analizando su capacidad de adaptaci´on a condiciones espa-
ciales, su impacto en la salud humana y su potencial biotecnol´ogico, adem´as de discutir
los riesgos asociados a su presencia en misiones espaciales.
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Metodolog´ıa
Se llev´o a cabo una revisi´on bibliogr´afica exhaustiva sobre los hongos en el espacio
utilizando bases de datos acad´emicas como Google Scholar, PubMed, Scopus y Web of
Science. Para la identificaci´on de art´ıculos cient´ıficos, revisiones y otros documentos rel-
evantes, se emplearon t´erminos de b´usqueda espec´ıficos, tales como “hongos espaciales”,
“adaptaci´on f´ungica” y “biotecnolog´ıa espacial”. Se dio preferencia a las publicaciones en
revistas de alto impacto y revisadas por pares. Los art´ıculos seleccionados fueron anal-
izados y sus datos sintetizados en un formato coherente y estructurado para la redacci´on
del manuscrito. Adicionalmente, se definieron criterios de inclusi´on y exclusi´on para la se-
lecci´on de los documentos revisados. Aquellos art´ıculos que no cumpl´ıan con los requisitos
de relevancia tem´atica o calidad metodol´ogica fueron excluidos del an´alisis.
Diversidad de hongos
La diversidad f´ungica en el espacio ha despertado un creciente inter´es en la comunidad
cient´ıfica debido a la notable capacidad de ciertos hongos para sobrevivir en los entornos
extremadamente hostiles, como los experimentados fuera de la Tierra. En particular, la
Estaci´on Espacial Internacional (ISS) (Figura 1) ha sido el escenario de diversos estudios,
en los cuales se han identificado g´eneros como Aspergillus, Cladosporium, Cryptococcus,
Hyphomycetes, Penicillium y Rhodotorula formando biopel´ıculas (Pierson et al., 2012;
Nunes et al., 2013; Satoh et al., 2016) y muestran una resistencia extraordinaria frente a
condiciones adversas y se mantienen estables a lo largo del tiempo sin diferencias temporales
(Checinska et al., 2019).
Se han realizado diferentes investigaciones en las que se eval´ua la resistencia de las
esporas en condiciones similares a las que se encontrar´ıan en Marte (Cortes˜ao, 2022). Un
caso ejemplar es el de Aspergillus niger, cuyas esporas fueron sometidas a pruebas en la
estrat´osfera, simulando las condiciones atmosf´ericas marcianas. En estos experimentos,
se observ´o una notable resistencia de las esporas a la radiaci´on, destacando la capacidad
de estos organismos para sobrevivir en el espacio exterior (Cortes˜ao et al., 2021). Del
mismo modo, las cepas de Penicillium sp. y Cladosporium sp. encontradas en el ISS
presentan caracter´ısticas similares a las de sus cepas terrestres, sugiriendo que mantienen
su viabilidad y capacidad de adaptaci´on en el espacio (Satoh et al., 2016), desempe˜nando
funciones metab´olicas vitales incluso en entornos extraterrestres.
Entre los hongos que han demostrado una mayor capacidad de supervivencia en el
espacio se encuentra Aureobasidium pullulans, que mostr´o una notable capacidad de super-
vivencia, con una mayor resistencia a la radiaci´on tras una exposici´on prolongada (Deshe-
vaya et al., 2024). Adem´as, estudios de Cryptococcus neoformans, Wangiella dermatitidis
y Cladosporium sphaerospermum (Figura 2), revelaron que la radiaci´on ionizante modi-
fica las propiedades electr´onicas de estos organismos, mejorando su crecimiento bajo estas
condiciones (Dadachova et al., 2017). En particular, se ha descubierto que Wangiella
dermatitidis, una levadura negra melanizada, sobrevive a la radiaci´on ionizante y podr´ıa
beneficiarse de ella, adapt´andose para crecer m´as eficientemente en su presencia (Onofri
et al., 2015). En esta l´ınea, Knufia chersonesos, un hongo negro poliextremotolerante que
habita en rocas, fue expuesto a microgravedad simulada. Tanto la cepa melanizada (Wt)
como su mutante no melanizado (Mut) fueron sometidas a esta prueba, y los resultados
mostraron que la capacidad de supervivencia de ambas no se vio afectada negativamente,
subrayando la adaptabilidad de este hongo en condiciones de microgravedad (Tesei et al.,
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2021).
La viabilidad de las esporas de otras especies, como A. niger, Cladosporium herbarum,
Ulocladium chartarum y Basipetospora halophila, tambi´en ha sido confirmada en misiones
espaciales tanto a corto como a largo plazo. Las investigaciones llevadas a cabo por Gomoiu
et al. (2016) demostraron que estos hongos, no solo sobreviven en condiciones adversas,
sino que, adicionalmente a lo que se esperar´ıa, mantienen su capacidad de supervivencia
y reproducci´on bajo condiciones espaciales, por ende, subraya la notable resiliencia de
estos microorganismos. Un caso particularmente relevante, es el del hongo Trichoderma
longibrachiatum, cuyas esporas lograron mantener una viabilidad cercana al 30% despu´es de
haber estado expuestas a condiciones de vac´ıo espacial durante casi dos a˜nos (Neuberger et
al., 2015). Este hallazgo significativo, sugiere el potencial de ciertos hongos para sobrevivir
en ambientes extraterrestres a largo plazo que podr´ıan tener aplicaciones pr´acticas en
futuras misiones espaciales, ya sea como agentes biol´ogicos para la bioremediaci´on o como
recursos en la producci´on de biomateriales.
La capacidad de tolerancia de los hongos tambi´en ha sido documentada en especies ex-
trem´ofilas, como el Cryomyces antarcticus, una especie de hongo ant´artico que mostr´o una
extraordinaria resistencia en experimentos de exposici´on a condiciones espaciales (Pacelli
et al., 2016). Despu´es de permanecer en ´orbita terrestre baja durante un a˜no y medio, este
hongo solo mostr´o da˜nos estructurales y moleculares menores (Onofri et al., 2018). Estas
observaciones permiten explorar el potencial de los hongos para sobrevivir y adaptarse a
entornos extraterrestres, caracterizados por condiciones extremas de vac´ıo y radiaci´on.
Figura 1
Nota. Imagen de la Estaci´on Espacial Internacional (ISS), fotografiada por uno de los
miembros de la tripulaci´on de la misi´on STS-105 desde el transbordador Discovery despu´es
de separarse de la ISS (Cr´editos: Nasa).
Sin embargo, estudios recientes revelan que la diversidad f´ungica en la ISS es menor en
comparaci´on con la de la Tierra. Se han identificado 102 unidades taxon´omicas operati-
vas (OTUs) en el polvo de la ISS, en contraste con las 465 presentes en el suelo terrestre
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(Nastasi et al., 2024). Esta menor diversidad podr´ıa estar relacionada con las limitaciones
ambientales y la selecci´on natural que ocurre en el espacio (Prasad et al., 2021), donde solo
los organismos m´as resistentes logran persistir (S´anchez et al., 2010).
Figura 2
Nota. (A) Aspergillus niger (Extra´ıdo de Senawong et al., 2014), B) Aureobasidium
pullulans (Extra´ıdo de Owczarek-Ko´scielniak et al., 2016), C) Wangiella dermatitidis
(Extra´ıdo de Kirchhoff et al., 2019), D) Cladosporium sphaerospermum (Extra´ıdo de Zalar
et al. 2007), E) Knufia chersonesos (Extra´ıdo de Tesei et al., 2021), F) Cladosporium
herbarum (Extra´ıdo de Abdrassulova et al., 2022), G) Ulocladium chartarum (Extra´ıdo
de Gomoiu et al., 2013), H) Basipetospora halophila (Extra´ıdo de Tanney et al., 2017), I)
Trichoderma longibrachiatum (Extra´ıdo de Recio et al., 2019), J) Cryomyces antarcticus
(Extra´ıdo de Onofri et al., 2018), K) Candida albicans (Extra´ıdo de Marcias-Paz et al.,
2023), L) Aspergillus brasiliensis (Extra´ıdo de Martirena-Ram´ırez et al., 2024).
Aplicaciones biotecnol´ogicas
El cultivo de hongos en el espacio representa una posibilidad intrigante en el campo de
la biotecnolog´ıa espacial (Dublin & Volz, 1973), ya que las complejas estructuras celulares
de los hongos (hifas y esporas altamente resistentes) podr´ıan aprovecharse para diversas
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aplicaciones (Cortes˜ao et al., 2020) como la producci´on de pol´ımeros, que resulta particu-
larmente valioso en el contexto espacial donde la gesti´on de recursos y residuos es cr´ıtica
(Greetham et al., 2014). Contrario a la percepci´on tradicional que los limita a simples
pat´ogenos o agentes de deterioro de alimentos, los hongos presentan un potencial significa-
tivo en el campo de la bioproducci´on espacial (Sepp¨al¨a et al., 2017). Estudios recientes han
demostrado que diversas especies f´ungicas pueden mantener su viabilidad y funcionalidad
en condiciones de microgravedad y radiaci´on elevada (Tesei et al., 2021). Esta resistencia
abre nuevas oportunidades para la biotecnolog´ıa aplicada a misiones espaciales, permi-
tiendo la producci´on de compuestos ´utiles in situ.
Los hongos son considerados ingredientes esenciales en la dieta espacial (Kovalev et
al., 2022) por sus m´ultiples beneficios nutricionales y versatilidad en entornos controla-
dos (Satyaveer & Rajanna, 2022; W¨osten et al., 2018; Checinska et al., 2019). Entre sus
propiedades m´as destacadas se encuentra su capacidad para ser una fuente natural de vi-
tamina D, comparable a los alimentos de origen animal, convirti´endolos en una alternativa
viable en condiciones donde la producci´on de dichos alimentos es limitada o inviable (Card-
well et al., 2018). Adem´as de esta capacidad, son ricos en prote´ınas, fibra y antioxidantes
(Mwangi et al., 2022), otorg´andoles un perfil nutricional completo para ser cultivados en
el espacio; su consumo tambi´en contribuye a la neutralizaci´on de radicales libres (Sanchez,
2017), lo que es beneficioso para la salud de los astronautas en misiones prolongadas.
Otra aspecto relevante es que los hongos pueden ser cultivados en sustratos de desechos
vegetales, optimizando el uso de recursos en el espacio, donde la eficiencia y sostenibili-
dad son primordiales (Grimm & W¨osten, 2018). Esta capacidad de cultivo en Sistemas
de Soporte Vital Bioregenerativos (Bioregenerative Life Support Systems [BLSS]) permite
que los hongos reciclen residuos org´anicos, creando un ciclo de producci´on de alimentos
autosostenible (Kovalev et al., 2022). En particular, la especie Pleurotus ostreatus ha sido
propuesta como una opci´on prometedora dentro de estos sistemas, aunque su viabilidad
depende de la disponibilidad de materias primas adecuadas, como el trigo y la paja de
arroz, para su cultivo (Yang et al., 2013; Manukovsky et al., 2023).
Los hongos tambi´en pueden emplearse en la s´ıntesis de antibi´oticos y otros compuestos
esenciales (Khan et al., 2014), esto podr´ıa ser especialmente ´util durante misiones espaciales
de larga duraci´on (Satoh et al., 2016). Dado que la generaci´on de recursos in situ constituye
un aspecto fundamental para garantizar la viabilidad de futuras misiones fuera de la Tierra
(Lange, 2014), los hongos podr´ıan desempe˜nar un rol clave en la sostenibilidad de estos
asentamientos (Winder, 2024; Koehle et al., 2023). Adem´as de su capacidad para generar
productos farmac´euticos (Glamoˇclija & Sokovi´c, 2017), los hongos presentan versatilidad
metab´olica (Takahashi et al., 2020), que junto con su habilidad para crecer en diversos
sustratos (Cook et al., 2022; de Oliveira et al., 2022), los posiciona como organismos clave
en el desarrollo de procesos biotecnol´ogicos eficientes y sostenibles.
El ciclo de vida y la adaptabilidad de los hongos a diversas condiciones ambientales los
hacen id´oneos para integrarse en sistemas de producci´on continua reduciendo la dependen-
cia de insumos externos y minimizando el impacto ambiental (Pilafidis et al., 2022; Krˇziˇsnik
& Gon¸calves, 2023). Esta adaptabilidad convierte a los hongos en organismos altamente
valiosos para las misiones interplanetarias, donde la autosuficiencia y el uso eficiente de los
recursos son esenciales para el ´exito a largo plazo (Gomoiu et al., 2016). Su capacidad para
descomponer materiales org´anicos complejos en compuestos m´as simples podr´ıa facilitar
el reciclaje de nutrientes (G¨unyar & Uztan, 2021), asegurando que los colonos tengan un
suministro continuo de recursos esenciales (Kaur & Verma, 2021).
7
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Problem´aticas y riesgos
La supervivencia de los hongos en el espacio, aunque ofrece prometedoras oportunidades
para la astrobiolog´ıa (Onofri et al., 2009), plantea serios desaf´ıos en t´erminos de protecci´on
planetaria y la seguridad de las misiones espaciales (Sychev et al., 2020). La notable
resiliencia de ciertos hongos sugiere que podr´ıan sobrevivir al proceso de transporte inter-
planetario (Cortes˜ao et al., 2020; Chander et al., 2022), lo cual genera preocupaci´on sobre
el riesgo de biocontaminaci´on en Marte (Figura 3) y otros cuerpos celestes (Cortes˜ao et
al., 2021) siendo necesario implementar estrategias rigurosas para evitar la contaminaci´on
cruzada durante las misiones espaciales tripuladas (Cortes˜ao et al., 2021).
En las estaciones espaciales como ISS y el M´odulo Experimental Japon´es (JEM), la
biota f´ungica es monitoreada de manera constante, este seguimiento es crucial debido a
que eval´ua los posibles riesgos a la salud de los astronautas (Urbaniak et al., 2022; Satoh
et al., 2021), adem´as de proteger el equipo de vuelo y los sistemas t´ecnicos de la acci´on
de microorganismos potencialmente peligrosos (Zhang et al., 2023). Sin embargo, el mi-
crobioma bacteriano y f´ungico interior tiene una influencia creciente en la salud de los
astronautas debido a la alteraci´on inmunol´ogica que sufren durante los vuelos espaciales
(Mermel, 2013). Sin embargo, correlacionar pat´ogenos oportunistas viables con la salud
de los miembros de la tripulaci´on plantea desaf´ıos, debido a que la alta rotaci´on en la ISS
y datos no p´ublicos de los tripulantes dificultan la identificaci´on de tendencias estad´ısticas
que vinculen la salud con los microbiomas espaciales (Checinska et al., 2019). Este vac´ıo de
informaci´on a˜nade incertidumbre en la evaluaci´on precisa del impacto que estos pat´ogenos
podr´ıan tener en la salud de los tripulantes.
Figura 3
Nota. Hongos en el suelo marciano: Se ilustra una posible adaptaci´on de los hongos a las
condiciones extremas de Marte (Imagen generada por IA).
En este sentido, la investigaci´on de Makimura et al. (2011) subraya que la actividad
f´ungica en entornos cerrados y de microgravedad podr´ıa comprometer la salud humana
como la integridad del equipo t´ecnico. Aunque hongos como Penicillium sp. y Aspergillus
sp. no suelen ser pat´ogenos en personas sanas, la exposici´on a grandes cantidades de sus
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esporas puede representar un peligro en individuos inmunocomprometidos debido a infec-
ciones oportunistas en ambientes confinados (Mousavi et al., 2016). En consecuencia, la
exposici´on prolongada a estos microorganismos puede afectar a los tripulantes al aumentar
el riesgo de infecciones graves en el entorno espacial, donde los tratamientos m´edicos son
limitados.
En el caso de hongos pat´ogenos espec´ıficos, como A. niger y Candida albicans, se ha ob-
servado que son capaces de crecer en condiciones de microgravedad sin mostrar alteraciones
significativas en su morfolog´ıa ni en su susceptibilidad a tratamientos antif´ungicos. Esto
significa que, en cuanto a su patogenicidad, los riesgos que estos hongos suponen para los as-
tronautas en el espacio son comparables a los que presentan en la Tierra, seg´un lo se˜nalado
por Yamazaki et al. (2012). Espec´ıficamente, A. niger ha destacado como una especie
f´ungica que puede prosperar en ambientes espaciales gracias a su capacidad para utilizar
materiales org´anicos presentes en las estaciones espaciales como sustrato de crecimiento,
produciendo una amplia variedad de compuestos bioactivos, los cuales, les otorgan venta-
jas adaptativas en ambientes hostiles y podr´ıan ser capaces de interactuar con el ambiente
de la nave, afectando los materiales y posiblemente induciendo efectos no deseados en la
salud humana (Checinska et al., 2015). A ra´ız de esto, las condiciones espaciales, como la
microgravedad, pueden afectar negativamente la funci´on inmunol´ogica de los astronautas,
los hongos oportunistas podr´ıan convertirse en una amenaza considerable si no se toman
precauciones adecuadas, agravando a´un m´as los riesgos asociados con la exposici´on a este
tipo de pat´ogenos (Devarayan et al., 2015).
Adem´as de los riesgos para la salud humana, los hongos presentan desaf´ıos t´ecnicos
considerables en el mantenimiento de la infraestructura espacial. Un ejemplo preocupante
es el caso de Aspergillus brasiliensis, que es capaz de provocar corrosi´on en circuitos de
cobre mediante la producci´on de ´acidos org´anicos como mecanismo de defensa contra la
toxicidad de los metales, situaci´on que acelera la degradaci´on de los materiales (Liu et al.,
2024).
En conjunto, estos hallazgos subrayan la importancia de continuar con la vigilancia
microbiol´ogica en el espacio (Yamaguchi et al., 2014), con el objetivo de minimizar los
riesgos asociados con la biocontaminaci´on y preservar la salud y seguridad de las tripula-
ciones en futuras misiones de larga duraci´on. Al mismo tiempo, ser´a necesario desarrollar
estrategias de protecci´on planetaria que impidan la introducci´on accidental de microorgan-
ismos terrestres en otros planetas, evitando as´ı la alteraci´on de posibles ecosistemas o la
contaminaci´on de futuros h´abitats humanos en cuerpos celestes como Marte.
Consideraciones finales
Los hongos en el espacio presentan un notable inter´es debido a su capacidad de adaptaci´on
a condiciones extremas como la radiaci´on, el vac´ıo y la microgravedad, lo que los convierte
en organismos modelo para la astrobiolog´ıa y en potenciales aliados en la sostenibilidad de
misiones espaciales de larga duraci´on. Su utilidad biotecnol´ogica en la producci´on de ali-
mentos, medicamentos y materiales puede reducir la dependencia de recursos terrestres en
futuras colonias espaciales. No obstante, su presencia tambi´en plantea riesgos significativos,
como la biocontaminaci´on, que podr´ıa afectar la salud de los astronautas y comprometer
los equipos en ambientes cerrados, adem´as de la posibilidad de contaminaci´on en otros
cuerpos celestes como Marte, lo que subraya la importancia de desarrollar estrategias de
control microbiol´ogico y protecci´on planetaria.
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Conflictos de inter´es
Los autores declaran que no existe conflicto de inter´es entre ellos ni con terceros.
Agradecimientos
Expresamos nuestro profundo agradecimiento a Alexandra Elbakyan por su valiosa
contribuci´on al acceso libre del conocimiento cient´ıfico a trav´es de la plataforma Sci-Hub,
lo cual ha facilitado la consulta y an´alisis de los art´ıculos cient´ıficos que sustentan este
trabajo.
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Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), 18-30 doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
ART
´
ICULO DE INVESTIGACI
´
ON
Biomim´etica de la resistencia a la presi´on en
organismos de las profundidades marinas para la
exploraci´on astrobiol´ogica de oc´eanos subterr´aneos en
otros planetas
Ariadna Celeste Pillaca-Llanos
1
https://orcid.org/0009-0004-9643-0140
Sergio Felipe Serrano-Diaz
1
https://orcid.org/0009-0002-5942-154X
Vannesa Pachas-Polack
1
https://orcid.org/0009-0001-0770-1497
Rivaldo Carlos Duran-Aquino
1
https://orcid.org/0009-0004-3638-3522
1
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Per´u
Email: riv[email protected]e
Recibido: 01/12/2024 • Revisado: 20/12/2024 • Aceptado: 25/12/2024
Resumen
En el marco del dise˜no de veh´ıculos de exploraci´on de oc´eanos subterr´aneos en cuerpos
celestes como Europa y Enc´elado, este estudio propone un enfoque biomim´etico basado
en organismos marinos de las profundidades, como peces invertebrados y microbios re-
sistentes a altas presiones y bajas temperaturas. La metodolog´ıa incluy´o una revisi´on
exhaustiva de las adaptaciones biol´ogicas de estos organismos y sus aplicaciones al dise˜no
de robots, la identificaci´on de principios biomim´eticos relevantes y el an´alisis de las condi-
ciones planetarias de lunas y exoplanetas con oc´eanos subterr´aneos. Los resultados de-
muestran que las caracter´ısticas biomim´eticas pueden mejorar la eficiencia y reducir el
tama˜no de los veh´ıculos de exploraci´on, en comparaci´on con las tecnolog´ıas actuales. Se
concluye que la aplicaci´on de la biomim´etica tiene un gran potencial para la exploraci´on
astrobiol´ogica en condiciones extremas y se recomienda fomentar investigaciones interdis-
ciplinarias entre biolog´ıa marina, astrobiolog´ıa e ingenier´ıa aeroespacial para el desarrollo
futuro de tecnolog´ıas innovadoras.
Palabras clave: Astrobiolog´ıa, biomim´etica, exoplanetas, oc´eanos subterr´aneos, veh´ıculos
de exploraci´on.
Citar como:
Pillaca-Llanos, A. C., Serrano-Diaz, S. F., Pachas-Polack, V. y Duran-Aquino, R. C.
(2024). Biomim´etica de la resistencia a la presi´on en organismos de las profundidades
marinas para la exploraci´on astrobiol´ogica de oc´eanos subterr´aneos en otros planetas.
Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), 18-30. http://doi.org/10.69976/aspast.v1n1.3
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Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), 18-30 doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
RESEARCH ARTICLE
Pressure-Resistance Biomimetics in Deep-Sea
Organisms for Astrobiological Exploration of
Subsurface Oceans on Other Planets
Ariadna Celeste Pillaca-Llanos
1
https://orcid.org/0009-0004-9643-0140
Sergio Felipe Serrano-Diaz
1
https://orcid.org/0009-0002-5942-154X
Vannesa Pachas-Polack
1
https://orcid.org/0009-0001-0770-1497
Rivaldo Carlos Duran-Aquino
1
https://orcid.org/0009-0004-3638-3522
1
Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Per´u
Email: riv[email protected]e
Recibido: 01/12/2024 • Revisado: 20/12/2024 • Aceptado: 25/12/2024
Abstract
In the context of designing exploration vehicles for subsurface oceans on celestial bodies
such as Europa and Enceladus, this study proposes a biomimetic approach inspired by
deep-sea marine life—specifically invertebrate fish and microorganisms adapted to high-
pressure, low-temperature environments. The methodology included an in-depth review
of these organisms’ biological adaptations and how they can inform robot design, the iden-
tification of relevant biomimetic principles, and an assessment of planetary conditions on
moons and exoplanets with subsurface oceans. Findings indicate that biomimetic fea-
tures can boost efficiency and reduce the size of exploration vehicles compared to current
technologies. The study concludes that applying biomimicry in extreme environments
holds significant promise for astrobiological exploration and recommends fostering inter-
disciplinary research among marine biology, astrobiology, and aerospace engineering to
develop future innovations.
Keywords: Astrobiology, biomimetics, exoplanets, subsurface oceans, exploration ve-
hicles.
Cite as:
Pillaca-Llanos, A. C., Serrano-Diaz, S. F., Pachas-Polack, V. y Duran-Aquino, R. C.
(2024). Biomim´etica de la resistencia a la presi´on en organismos de las profundidades
marinas para la exploraci´on astrobiol´ogica de oc´eanos subterr´aneos en otros planetas.
Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), 18-30. http://doi.org/10.69976/aspast.v1n1.3
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1. Introducci´on
El descubrimiento de oc´eanos subterr´aneos en las lunas de J´upiter (Europa, Gan´ımedes
y Calisto) y Saturno (Enc´elado y Tit´an) ha dado lugar al surgimiento del campo de la
oceanograf´ıa planetaria (Hendrix et al., 2019). Estos cuerpos celestes presentan condi-
ciones extremas, como temperaturas muy bajas y presiones muy altas, en comparaci´on
con ambientes terrestres an´alogos (NASA, s.f.-a, s.f.-f). Por lo tanto, la ingenier´ıa humana
enfrenta desaf´ıos en la exploraci´on astrobiol´ogica de oc´eanos subterr´aneos en otros planetas
en busca de condiciones ´optimas para el desarrollo de la vida (Rettberg, 2022).
Explorar entornos extraterrestres, particularmente los oc´eanos subterr´aneos en lunas
como Europa y Enc´elado, presenta desaf´ıos significativos para las tecnolog´ıas actuales de
exploraci´on espacial. Se cree que estas lunas albergan vastos oc´eanos bajo sus costras
heladas, pero poseen condiciones extremas como fr´ıo intenso, alta presi´on y luz limitada.
Los veh´ıculos rob´oticos actuales tienen dificultades con los entornos hostiles de estas lu-
nas, y las soluciones de ingenier´ıa tradicionales pueden no ser suficientes para abordar los
desaf´ıos ´unicos que presentan. Este art´ıculo explora c´omo las adaptaciones biol´ogicas de
especies marinas, como las que se encuentran en las profundidades oce´anicas de la Tierra,
pueden inspirar el dise˜no de robots biomim´eticos capaces de superar estas limitaciones.
El objetivo es proponer principios de dise˜no innovadores y nuevos m´etodos basados en
sistemas biol´ogicos para mejorar las capacidades de los robots de exploraci´on espacial,
especialmente en entornos como los oc´eanos subterr´aneos de lunas y exoplanetas.
Inicialmente, los robots marinos tradicionales, equipados con estructuras met´alicas es-
pecializadas para protecci´on, fueron considerados la opci´on m´as viable para soportar las
presiones extremas en aguas profundas (Li et al., 2023; Yoerger et al., 2021). Sin embargo,
investigaciones posteriores demostraron que las especies que viven en estos entornos de
presi´on extrema no requieren estructuras complejas o voluminosas (Smith et al., 2021).
Entre estas especies se encuentran microorganismos conocidos como bar´ofilos con poten-
cial astrobiol´ogico (Rampelotto, 2010); peces que sobresalen en locomoci´on y nataci´on
eficiente (Colgate & Lynch, 2004; Gao et al., 2013); e invertebrados con notable resistencia
a la presi´on y excelentes capacidades de nataci´on (Bartol et al., 2001; Z. Wang et al.,
2008). Estos hallazgos llevaron a los cient´ıficos a proponer un enfoque biomim´etico nove-
doso y prometedor para la exploraci´on espacial (Vangeli-Margariti, 2020). En apoyo de
este enfoque, un grupo de cient´ıficos de la NASA ha enfatizado la importancia de realizar
investigaciones b´asicas para identificar principios biomim´eticos aplicables en este campo
(Hendrix et al., 2019; Somero, 1992a, 1992b).
Actualmente, varios robots biomim´eticos han sido implementados con ´exito (Li et al.,
2021, 2023; Phillips et al., 2018). Sin embargo, la mayor´ıa de estos modelos, con gran
resistencia a profundidades y bajas temperaturas, han sido dise˜nados para condiciones
oce´anicas terrestres, mientras que el desarrollo de veh´ıculos submarinos para otros entornos
extraterrestres est´a en curso (NASA, s.f.-e; NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), s.f.-a,
s.f.-b). Por lo tanto, este estudio propone utilizar principios biomim´eticos de organismos
de aguas profundas para dise˜nar veh´ıculos de exploraci´on capaces de operar en oc´eanos
subterr´aneos extraterrestres, analizando las caracter´ısticas de otros planetas y sat´elites del
Sistema Solar, y revisando el panorama actual de la tecnolog´ıa de veh´ıculos submarinos,
integrando estos hallazgos.
20
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2. Metodolog´ıa
2.1. Adaptaciones Biol´ogicas
Para investigar el potencial de dise˜nos biomim´eticos para robots de exploraci´on espa-
cial, se realiz´o una revisi´on exhaustiva de la literatura cient´ıfica sobre diversos organismos
marinos seleccionados por su capacidad para sobrevivir en condiciones extremas como
bajas temperaturas, alta presi´on y falta de luz. Estas especies fueron elegidas por sus
adaptaciones ´unicas, como prote´ınas anticongelantes, mecanismos celulares especializados
y estrategias de supervivencia en entornos de alta presi´on. Se analizaron y compararon
caracter´ısticas biol´ogicas como morfolog´ıa, gen´omica y adaptaciones fisiol´ogicas que per-
miten a estos organismos habitar estos entornos, en relaci´on con las necesidades de robots
en condiciones extremas de exploraci´on espacial. La comparaci´on entre las caracter´ısticas
de estos organismos se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1.
Comparaci´on de Caracter´ısticas de Organismos de Aguas Profundas
Organismo Morfolog´ıa Gen´omica Adaptaciones
Pez Baboso Gelatinoso,
´organos
agrandados
Genoma grande,
evoluci´on r´apida
TMAO, ´acidos grasos insat-
urados, p´erdida de genes de
fotorreceptores
Calamar Gigante Manto c´onico,
aletas
romboidales
Epigen´etica,
metilaci´on
Propulsi´on a chorro, forma
hidrodin´amica
Ballena Esperma Cabeza grande,
joroba dorsal
mtDNA, sustitu-
ciones comunes
Grasa en la cabeza, arqui-
tectura pulmonar
Sepia Estructura
eficiente, ojos
complejos
Diversidad
gen´etica, estruc-
tura poblacional
HSP, hemocianina
Tard´ıgrado Segmentado, 8
patas, garras
Dsup,
reparaci´on
de ADN
Criptobiosis, resistencia a la
radiaci´on, anhidrobiosis
• Pez Baboso: Este pez habita la Fosa de las Marianas a una profundidad de 6,000
metros y se caracteriza por m´usculos delgados y osificaci´on parcial de los huesos. Sus
adaptaciones incluyen la alteraci´on del gen de la prote´ına gamma-carboxiglutamato
(BGLAP) y prote´ınas adaptadas para la estabilidad bajo alta presi´on, como el ´oxido
de trimetilamina (TMAO) (K. Wang et al., 2019).
• Calamar Gigante: Este cefal´opodo tiene un mecanismo adaptativo llamado propulsi´on
a chorro para moverse, alcanzando profundidades de hasta 1,500 metros. La regu-
laci´on epigen´etica modula la expresi´on gen´etica en su genoma (da Fonseca et al.,
2020).
• Ballena Esperma: Este cet´aceo se sumerge a profundidades superiores a 2,000
metros. Su cabeza grande y cuadrada le permite almacenar grasa, que se solidifica
bajo presi´on para ayudar en su descenso. Adem´as, su estructura pulmonar le permite
soportar altas presiones (Irvine et al., 2017).
21
Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
• Sepia: Este cefal´opodo, que vive a profundidades entre 400 y 600 metros, ha desar-
rollado adaptaciones para sobrevivir en condiciones extremas de presi´on y temper-
atura. Estas incluyen prote´ınas de choque t´ermico (HSP), hemocianina para mejorar
la oxigenaci´on y ojos complejos para condiciones de poca luz (Zielinski et al., 2001).
• Tard´ıgrado: Este microorganismo puede soportar temperaturas cercanas al cero ab-
soluto y posee la prote´ına fosfatasa de doble especificidad (Dsup), que lo protege de la
radiaci´on. Tambi´en tiene adaptaciones como criptobiosis y anhidrobiosis (Horikawa,
2012). Alcanza profundidades de hasta 6,000 metros bajo el nivel del mar, como
se muestra en la Figura 1, junto con las profundidades alcanzadas por todos los
organismos mencionados anteriormente.
Figura 1
Profundidades m´aximas resistidas por organismos marinos.
2.2. Principios Biomim´eticos Aplicables
Los principios descritos en esta secci´on buscan ser replicados en robots y veh´ıculos de
exploraci´on submarina para que, al igual que los organismos de aguas profundas, estos
robots puedan soportar condiciones extremas de aguas profundas y bajas temperaturas.
El enfoque est´a en niveles moleculares y celulares, estructura corporal y adaptaciones
fisiol´ogicas.
• Estructura Molecular y Celular: A este nivel, los siguientes factores permiten
la supervivencia en condiciones extremas: prote´ınas anticongelantes (AFP), que in-
hiben la recristalizaci´on del hielo y tienen una diferencia entre sus puntos de fusi´on
y congelaci´on; glicol´ıpidos anticongelantes (Duman, 2015); y TMAO en tejidos de
peces tele´osteos y crust´aceos, que estabilizan mol´eculas celulares contra la desnatu-
ralizaci´on causada por presi´on extrema (Yancey et al., 2014).
22
Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
• Estructura Corporal: El exoesqueleto caracter´ıstico de algunos invertebrados (Priede,
2017), la concha de n´acar de algunos moluscos y la forma del cuerpo proporcionan
protecci´on contra la presi´on; mientras que una gruesa capa de grasa subcut´anea act´ua
como aislamiento t´ermico (Olson et al., 2012).
• Adaptaciones Fisiol´ogicas: La presencia de mol´eculas como TMAO y prote´ınas
anticongelantes (AFP) es clave para mantener la integridad celular. Por analog´ıa,
robots con fluidos internos dise˜nados para resistir congelamiento o presi´on podr´ıan
utilizar mezclas l´ıquidas con propiedades anticongelantes o materiales que mantengan
su flexibilidad mec´anica bajo condiciones extremas (Priede, 2017).
2.3. An´alisis de Condiciones Planetarias
Para evaluar la aplicabilidad de dise˜nos biomim´eticos en la exploraci´on espacial, se
estudiaron las condiciones en lunas y exoplanetas. Se recopilaron datos de investigaciones
sobre organismos marinos y simulaciones de entornos subterr´aneos en lunas como Europa
y Enc´elado. El objetivo fue comprender mejor los desaf´ıos que los robots podr´ıan enfrentar
en estos lugares, considerando las similitudes entre los entornos de alta presi´on y baja
temperatura de las profundidades marinas y los oc´eanos subterr´aneos de otros cuerpos
celestes.
• Obtenci´on de Datos: El Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Telescopio Espacial
James Webb (JWST) se utilizan para caracterizar las atm´osferas de exoplanetas y
sat´elites como Europa y Enc´elado. Adem´as, telescopios terrestres como el Atacama
Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Very Large Telescope (VLT)
proporcionan datos complementarios sobre la qu´ımica de la superficie y subsuelo de
lunas y exoplanetas. M´ultiples misiones han confirmado la presencia de oc´eanos sub-
terr´aneos en entornos no terrestres (la misi´on Galileo en Europa y la misi´on Cassini
en Enc´elado), mientras que otras misiones est´an proyectadas para analizar cuerpos
m´as distantes, como la misi´on JUICE en Gan´ımedes y la misi´on Dragonfly en Tit´an.
El Planetary Data System (PDS) proporciona datos de misiones planetarias sobre
la estructura interna, atm´osferas y superficies de cuerpos como Europa, Enc´elado,
Tit´an y Gan´ımedes. Las bases de datos Exoplanet Data Explorer y NASA Exoplanet
Archive contienen informaci´on sobre exoplanetas; finalmente, bases de datos como
el NASA Astrophysics Data System (ADS), Springer, Nature y ScienceDirect infor-
man sobre oc´eanos subterr´aneos de sat´elites, exoplanetas con condiciones an´alogas y
entornos terrestres similares.
• Procesamiento de Datos: La simulaci´on de condiciones ambientales en los oc´eanos
subterr´aneos de Europa y Enc´elado requiere software como COMSOL Multiphysics y
Ansys Fluent para modelar sistemas termodin´amicos y din´amica de fluidos. Mientras
tanto, Python se utiliza para el procesamiento de datos, ejecuci´on de simulaciones
y visualizaci´on de resultados. Se analizan par´ametros como la composici´on qu´ımica
de oc´eanos y atm´osferas para identificar compuestos clave para la vida (agua, sales,
amon´ıaco y metano). El diagrama de flujo para el an´alisis se muestra en la Figura 2.
23
Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
Figura 2
Diagrama de flujo para el an´alisis de condiciones planetarias.
3. Resultados
3.1. Comparaci´on de Entornos: Tierra vs. Lunas y Exoplanetas
Los entornos de la Tierra tienen condiciones que, aunque variadas, tienden a ser m´as es-
tables en comparaci´on con los entornos de lunas y exoplanetas, presentando tanto desaf´ıos
como oportunidades ´unicas para la investigaci´on biomim´etica y el desarrollo de tecnolog´ıa
espacial, particularmente en la exploraci´on de oc´eanos subterr´aneos (Hendrix et al., 2019).
Sin embargo, algunos entornos muestran caracter´ısticas similares entre la Tierra y otros
cuerpos celestes, como se muestra en la Tabla 2. Ejemplos de esto incluyen los desiertos
terrestres, que se asemejan a las condiciones en Tit´an y ciertos exoplanetas, y los lagos
subglaciales en la Tierra, como el Lago Vostok, que tienen analog´ıas con los oc´eanos sub-
terr´aneos en Europa y Enc´elado (Antunes et al., 2020; Lingam et al., 2024; Vance et al.,
2018).
• Temperatura: Los rangos de temperatura de la Tierra permiten una amplia var-
iedad de vida, mientras que en lunas como Europa y Enc´elado, as´ı como exoplanetas
como TRAPPIST-1e, estos rangos son m´as extremos, planteando desaf´ıos para la
habitabilidad y la tecnolog´ıa de exploraci´on.
• Presi´on Atmosf´erica: La presi´on atmosf´erica de la Tierra es mayor que la de
otros cuerpos celestes, lo que tiene implicaciones para los robots y las tecnolog´ıas de
exploraci´on.
• Composici´on Atmosf´erica: La atm´osfera de la Tierra, rica en ox´ıgeno y nitr´ogeno,
24
Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
contrasta con la de otras lunas y exoplanetas, que contienen una mezcla m´as diversa
de gases.
• Presencia de Agua: La Tierra tiene agua l´ıquida en su superficie, mientras que
lunas como Europa y Enc´elado contienen oc´eanos subterr´aneos, un escenario que
requiere estrategias de exploraci´on espec´ıficas.
• Gravedad: La gravedad de la Tierra es significativamente m´as fuerte que la de
muchos cuerpos celestes, lo que impacta el dise˜no de robots y su capacidad para
moverse a trav´es de diferentes superficies.
Tabla 2.
Comparaci´on de Entornos: Tierra vs. Lunas y Exoplanetas
Medida Europa Enc´elado TRAPPIST-
1e
Fosa de las
Marianas
Lago Vostok
Temperatura
(°C)
-160 -198 -53 2 -3
Presi´on (atm) 1 1 1 1100 400
Atm´osfera No densa No densa CO
2
denso — —
Presencia de
Agua
Presente Presente Posible Presente Presente
Gravedad
(m/s
2
)
1.31 0.113 9.4 9.8 9.8
3.2. Aplicaciones en Veh´ıculos Espaciales
A continuaci´on, se comparan varios robots biomim´eticos con veh´ıculos submarinos no
biomim´eticos (tripulados y no tripulados, aut´onomos o operados remotamente) en t´erminos
de tama˜no, peso y profundidades alcanzadas, como se muestra en la Tabla 3.
• Robots Biomim´eticos Especializados en Oc´eanos Extranjeros: En el caso
de explorar lunas como Europa, el NASA Buoyant Rover for Under-Ice Exploration
(BRUIE) es un buen ejemplo de c´omo los principios biomim´eticos pueden aplicarse a
la rob´otica para adaptarse a entornos extremos. Este robot est´a dise˜nado para operar
en ambientes fr´ıos y helados, lo que lo hace adecuado para explorar cuerpos celestes
como Europa. El Exobiology Extant Life Surveyor (EELS) es otro robot biomim´etico
desarrollado para buscar signos de vida en lugares como Enc´elado, basado en movili-
dad flexible inspirada en serpientes (NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), s.f.-b).
• Robots Biomim´eticos Especializados en Oc´eanos Terrestres: En la Tierra,
el RoboLobster es un ejemplo de c´omo se aplica la biomim´etica en entornos submari-
nos. Este robot utiliza material de nitinol, que se adapta a cambios de temperatura
y es ideal para condiciones extremas (Ayers et al., 2000). De manera similar, el
pez rob´otico blando, inspirado en el movimiento de los peces marinos, incorpora
elast´omeros y actuadores para moverse eficientemente a trav´es del agua (Li et al.,
2023), proporcionando un modelo ´util para la exploraci´on de oc´eanos en otros cuerpos
celestes.
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Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
• Sumergibles Tripulados (HOVs), Veh´ıculos Submarinos Aut´onomos (AUVs)
y Veh´ıculos Submarinos Operados Remotamente (ROUVs): A diferencia de
los robots biomim´eticos, los veh´ıculos tripulados, AUVs y ROUVs son m´as grandes
y pesados, pero pueden alcanzar grandes profundidades y realizar investigaciones en
los oc´eanos subterr´aneos de la Tierra y otros planetas, como se refleja en la Tabla 4
(Vasudev, 2018).
Tabla 3.
Comparaci´on de Robots Biomim´eticos
Robot Biomim´etica Raz´on de Se-
lecci´on
Dimensiones Profundidad Ventajas
RoboLobster Langosta Comportamiento
replicable con
bibliotecas
computa-
cionales
0.6 m, 3 kg 3–12 m Capacidad
para nadar y
caminar
BRUIE Pez Exploraci´on
submarina en
aguas heladas
0.5–1 m 200 m Exploraci´on
de Europa
EELS Serpiente Movimiento
flexible
4.4 m, 100 kg 378 m Potencial
para
Enc´elado
Brazo
Rob´otico
Blando
Tent´aculos Movimientos
complejos
25–50 cm 2300 m Flexible, tele-
operado
Pez
Rob´otico
Blando
Liparidae Familia que
habita a mayor
profundidad
22 cm 10900 m Blando,
ligero, auto-
propulsado
3.3. Consideraciones para Estudios Astrobiol´ogicos
El dise˜no de robots y veh´ıculos para la exploraci´on astrobiol´ogica requiere herramientas
que les permitan estudiar habitabilidad, bioindicadores, y los recursos necesarios para
sostener la vida.
• Capacidades de Veh´ıculos y Robots para Estudios Astrobiol´ogicos: La plan-
ificaci´on de misiones astrobiol´ogicas depende de la capacidad de veh´ıculos y robots
para navegar en terrenos desconocidos y recolectar muestras. A trav´es de navegaci´on
remota y sistemas de imagen avanzados como m´etodos LiDAR y sensores estere-
osc´opicos, los robots pueden mapear entornos y realizar estudios astrobiol´ogicos en
planetas como Europa y Enc´elado (Helmick et al., 2009).
• Biofirmas: Las biofirmas, que incluyen tanto se˜nales morfol´ogicas (e.g., estroma-
tolitos) como qu´ımicas (e.g., ´acidos nucleicos, patrones de quiralidad en mol´eculas
org´anicas), son esenciales para detectar indicios de vida pasada o presente en otros
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Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
mundos (Hays et al., 2017). Las biofirmas morfol´ogicas, como estromatolitos o mi-
croestructuras biog´enicas, se˜nalan la actividad biol´ogica pasada que pudo haber for-
mado patrones caracter´ısticos en rocas o sedimentos. Esto implica que un robot
equipado con sistemas de imagen y an´alisis de microtexturas podr´ıa identificar estas
estructuras sobre o bajo el hielo, o en sedimentos extraterrestres.
• Recursos para Habitabilidad: Los robots deben dise˜narse para trabajar en en-
tornos que pueden carecer de recursos como agua l´ıquida o energ´ıa solar, pero que
pueden contener fuentes de energ´ıa alternativas o solventes que los organismos biol´ogicos
en estos entornos utilizan para sobrevivir (Hays et al., 2017).
Tabla 4.
Comparaci´on de Veh´ıculos Submarinos
Veh´ıculo Tipo Profundidad Peso Longitud
Oceanus Mini
ROV
ROV 400 m 10.8 kg 52 cm
Theseus AUV 1000 m 7940 kg 10.7 m
ROPOS ROV 5000 m 3393 kg 3.05 m
OKPO-6000 AUV 6000 m 950 kg 3.8 m
Alvin HOV 6500 m 20
toneladas
7 m
Jiaolong HOV 7000 m 22
toneladas
8.3 m
Nereus AUV 11000 m 2800 kg 4.5 m
Fendouzhe HOV 11000 m 22
toneladas
10 m
4. Discusi´on
En relaci´on con los robots que han sido construidos con el objetivo de explorar otros
planetas como Marte, se tiene como ejemplo el Sojourner. Este fue lanzado en 1996 en
la nave Pathfinder y es el primer veh´ıculo de exploraci´on espacial o rover con ruedas
usado para explorar otro planeta en el Sistema Solar (NASA, s.f.-d; NASA Jet Propulsion
Laboratory (JPL), s.f.-c). Otro robot, el Opportunity, que aterriz´o en Marte en 2004
junto a un robot gemelo llamado Spirit, atraves´o m´as de 45 km y oper´o durante m´as de
14 a˜nos, lo que lo volvi´o en dicho momento el rover con m´as recorrido (NASA, s.f.-c).
M´as recientemente, en 2020 fue lanzado el Perseverance con la misi´on de buscar rastros de
vida microbiana (NASA, s.f.-b). Por otro lado, se destaca el VIPER (Volatiles Investigating
Polar Exploration Rover), cuyo objetivo es la exploraci´on lunar bajo clima extremo, terreno
abrupto y luminosidad variable, aunque todav´ıa no ha sido lanzado (NASA, s.f.-g).
El costo de realizar estas exploraciones alcanza los miles de millones de d´olares y au-
menta constantemente a˜no tras a˜no (Crawford, 2012). Estados Unidos y Rusia son los
principales pa´ıses con mayores capacidades espaciales t´ecnicas para llevar a cabo estas
misiones. En paralelo, la humanidad se enfrenta a desaf´ıos sociales desde implicaciones
econ´omicas hasta cambios culturales que exigen una cooperaci´on internacional (Shaghaghi
& Antonakopoulos, 2012).
27
Pillaca-Llanos et al. doi: 10.69976/aspast.v1n1.3
Comparando la biomim´etica con las soluciones actuales, se observa que un dise˜no inspi-
rado en principios naturales no solo es innovador sino tambi´en m´as sostenible, con menores
costos de desarrollo y producci´on. Este enfoque tiene un gran potencial para mejorar la
eficiencia operativa de los veh´ıculos de exploraci´on espacial al reducir el peso de sus estruc-
turas y optimizar su dise˜no para abordar los desaf´ıos de la exploraci´on astrobiol´ogica.
Los avances biomim´eticos podr´ıan revolucionar la ingenier´ıa de robots destinados a la
exploraci´on de oc´eanos subterr´aneos en lunas y exoplanetas. Al inspirarse en las adapta-
ciones biol´ogicas ´unicas de organismos marinos, como su capacidad para resistir condiciones
extremas de presiones mayores a 600 Pa y temperaturas inferiores a -150 °C, es posible
desarrollar veh´ıculos que puedan operar en entornos donde las tecnolog´ıas actuales fra-
casar´ıan. Este enfoque, que utiliza las adaptaciones naturales de los organismos, ofrece
una v´ıa innovadora para crear robots capaces de funcionar en entornos extraterrestres
extremos, como los oc´eanos subterr´aneos de Europa o Enc´elado.
Sin embargo, la implementaci´on de estos principios biol´ogicos enfrenta desaf´ıos signi-
ficativos. El desarrollo de materiales que puedan soportar temperaturas extremadamente
bajas y presiones elevadas sigue siendo un obst´aculo clave. Adem´as, los sistemas biol´ogicos
complejos no siempre tienen un equivalente directo en ingenier´ıa, lo que requiere m´as inves-
tigaci´on y un enfoque multidisciplinario para traducir estas adaptaciones en aplicaciones
pr´acticas de rob´otica espacial.
A pesar de estos desaf´ıos, la biomim´etica ofrece un camino prometedor hacia el dise˜no
de la pr´oxima generaci´on de veh´ıculos de exploraci´on espacial. La investigaci´on futura
deber´ıa centrarse en refinar estos dise˜nos a trav´es de simulaciones, prototipos y pruebas en
condiciones extremas. Para que estos principios biomim´eticos se materialicen en soluciones
viables, la colaboraci´on entre bi´ologos, ingenieros y cient´ıficos espaciales ser´a crucial para
superar las barreras tecnol´ogicas y avanzar en la exploraci´on astrobiol´ogica.
Conflictos de inter´es
Los autores declaran que no existe conflicto de inter´es entre ellos ni con terceros.
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https://doi.org/10.1038/s41598-018-33138-y
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Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), 31-40 doi: 10.1234/aspast.v1n1.1
ART
´
ICULO DE DIVULGACI
´
ON CIENT
´
IFICA
La vida en Marte: ¿Qu´e puede decirnos el uso de
biofirmas sobre nuestra comprensi´on del proceso de la
vida?
S´avio Torres de Farias
1,2
1
Laborat´orio de Gen´etica Evolutiva Paulo Leminski, Centro de Ciˆencias Exatas e da Natureza,
Universidade Federal da Para´ıba. Jo˜ao Pessoa, Para´ıba, Brazil.
2
Network of Researchers on the Chemical Evolution of Life (NoRCEL), Leeds LS7 3RB, UK.
Email: [email protected]
https://orcid.org/0000-0002-2997-3629
Recibido: 05/07/2024 • Revisado: 13/07/2024 • Aceptado: 22/07/2024
Resumen
La astrobiolog´ıa es uno de los campos cient´ıficos de m´as r´apida expansi´on en la actualidad.
Entre los diversos problemas a los que se enfrenta esta ´area del conocimiento, la b´usqueda
de vida fuera de nuestro planeta resulta especialmente desafiante. Cuando se trata de
identificar vida m´as all´a de nuestro planeta, uno de los desaf´ıos m´as dif´ıciles es el uso
de firmas biol´ogicas. Las biofirmas pueden verse como cualquier mol´ecula o proceso,
que proviene de la actividad biol´ogica y puede indicar la existencia de vida en alg´un
momento, en el presente o en el pasado, en cada ambiente. La identificaci´on de biofirmas
que puedan distinguir claramente entre evidencia de vida o simplemente un artefacto
producido por otros procesos naturales representa un desaf´ıo pr´actico y te´orico para la
astrobiolog´ıa. Dada la complejidad de esta discusi´on, es necesario abordar varios puntos,
las posibles reacciones qu´ımicas dadas las condiciones locales del medio a estudiar, la
universalidad del fen´omeno de la vida tal como la conocemos en nuestro planeta, lo que
entendemos como esencia del fen´omeno de la vida, entre otros. La elecci´on de biofirmas
que puedan revelar se˜nales de vida debe cumplir con varios criterios que buscan eliminar o
minimizar la posibilidad de falsos positivos. Aqu´ı espero discutir las implicaciones del uso
de biofirmas considerando los avances recientes en la qu´ımica prebi´otica, as´ı como nuevos
marcos conceptuales para el fen´omeno de la vida y sus implicaciones para el desarrollo
de biofirmas de una manera no tipol´ogica, lo que podr´ıa abrir un nuevo camino. para
descubrir vida estructuralmente distinta de la que conocemos, y tambi´en permitir´a una
mejor comprensi´on de la vida tal como la conocemos en nuestro planeta.
Palabras clave: Biofirmas, concepto de vida, qu´ımica prebi´otica.
Citar como:
Torres de Farias, S. (2024). La vida en Marte: ¿Qu´e puede decirnos el uso de biofirmas
sobre nuestra comprensi´on del proceso de la vida? Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa,
1 (1), 31-40. http://doi.org/10.1234/aspast.v1n1.1
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Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa, 1 (1), 31-40 doi: 10.1234/aspast.v1n1.1
SCIENCE OUTREACH ARTICLE
Life on Mars: What can the use of biosignatures tell us
about our comprehension of life process?
S´avio Torres de Farias
1,2
1
Laborat´orio de Gen´etica Evolutiva Paulo Leminski, Centro de Ciˆencias Exatas e da Natureza,
Universidade Federal da Para´ıba. Jo˜ao Pessoa, Para´ıba, Brazil.
2
Network of Researchers on the Chemical Evolution of Life (NoRCEL), Leeds LS7 3RB, UK.
Email: [email protected]
https://orcid.org/0000-0002-2997-3629
Received: 05/07/2024 • Reviewed: 13/07/2024 • Accepted: 22/07/2024
Abstract
Astrobiology is one of the fastest expanding scientific fields today. Among the various
issues that this area of knowledge faces, the search for life outside our planet proves to
be especially challenging. When it comes to identifying life beyond our planet, one of
the most difficult challenges is the use of biosignatures. Biosignatures can be seen as any
molecule or process, that comes from biological activity and can indicate the existence
of life at some point, in the present or past, in each environment. The identification
of biosignatures that can clearly distinguish between evidence of life or just an artifact
produced by other natural processes represents a practical and theoretical challenge for
astrobiology. Given the complexity of this discussion, several points must be addressed,
the possible chemical reactions given the local conditions of the environment to be studied,
the universality of the phenomenon of life as we know it on our planet, what we understand
as the essence of the phenomenon of life, among others. The choice of biosignatures
that may reveal signs of life must comply with several criteria that seek to eliminate
or minimize the possibility of false positives. Here, I hope to discuss the implications
of using biosignatures considering recent advances in prebiotic chemistry, as well as new
conceptual frameworks for the phenomenon of life and its implications for the development
of biosignatures in a non-typological way, which could open a new way to discover life
structurally distinct from what we know, as well as will enable a better understanding of
life as we know it on our planet.
Keywords: Biosignatures, Life concept, prebiotic chemistry
Cite as:
Torres de Farias, S. (2024). La vida en Marte: ¿Qu´e puede decirnos el uso de biofirmas
sobre nuestra comprensi´on del proceso de la vida? Revista Cient´ıfica de Astrobiolog´ıa,
1 (1), 31-40. http://doi.org/10.1234/aspast.v1n1.1
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S´avio Torres de Farias doi: 10.1234/aspast.v1n1.1
Introduction
In 1971, two years after the first man stepped foot on the moon, English singer David
Bowie released his fourth album, Hunky Dory, which included the song ”Life on Mars?”
According to Bowie, the lyrics of this song were ”a sensitive reaction of a young girl to
the media”. The question expressed in the song’s title accurately represents society’s
perception of advances in space research at the time. This song recently celebrated its
50th anniversary, and the iconic question has remained in society’s imagination while also
becoming a fertile field of scientific investigation. Astrobiology is a large scientific field
whose scope includes the search for life beyond our planet as well as the relationship of
life with the universe. Astrobiology is one of the fastest-growing scientific fields today.
One of the primary reasons for this rapid expansion is the multidisciplinary nature of
this area, which brings together physics, chemistry, biology, philosophy, and other fields
of knowledge in a collaborative effort. Reflections on the diversity of astrobiology-related
areas reveal an infinite number of issues that have been addressed from the most diverse
perspectives to better understand what characterizes and supports life on our planet, and
based on this understanding, we seek evidence or elements that can support life in other
environments outside our planet (Blumberg, 2011). One of the major topics of debate in
astrobiology is the search for biosignatures that can be used to indicate the possibility of
extraterrestrial life (Westall and Cockell, 2016, Walker et al., 2018, Catling et al., 2018,
Schwieterman et al., 2018, Marshall et al., 2021, Green et al., 2021). Biosignatures can
be seen as any molecule or process, that comes from biological activity and can indicate
the existence of life at some point, in the present or past, in each environment. Advances
in space observation and exploration technologies have allowed open new horizons in the
search for life outside our planet.
The possibility of carrying out studies that reveal the composition of a given planet has
been heating up theoretical discussions about how we can differentiate, on these planets,
compounds originating from purely chemical processes from those that can be generated
by biological activity. At the heart of this discussion is the search for biosignatures that
are universally produced by biological activity. Clearly this is not a simple activity, since
compounds produced on our planet by biological activity can often be produced on other
planets, under other conditions, as part of permitted or possible chemical reactions (Fujii
et al. 2018, Schwieterman et al., 2018, Catling et al., 2018, Meadows et al., 2018, Martins
2020) Clearly, the search for good biosignatures has a background in life as we know it
on Earth, and we cannot escape the constraints involved in solving this problem. In this
regard, many of the biosignatures that are discussed and used today are the result of
metabolic pathways found in specific groups of organisms. I must emphasize that the
observations I punctuated are not only in the sense that we may not be observing life
forms based on different organizations and structures using terrestrial biosignatures, but
also the implications of finding signs of life using the biosignatures observed in organisms
as we know them.
In this sense, we cannot leave aside the discussion of how we understand the phe-
nomenon of life, and in this discussion, we cannot focus on groups of molecules or processes,
but on what really distinguishes the phenomenon of life from other natural phenomena. It
is undeniable that life is the result of a differentiated organization of matter, so we must ask
ourselves, what new and exclusive property emerged from this new organization of matter
that we can call life? The discovery of biosignatures as well as life beyond our planet should
spark important debates about how we understand life as a phenomenon in the universe.
In this essay, I will seek to explore new findings from pre-biotic chemistry, as well as new
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views on the nature of the phenomenon of life and how these points can be incorporated
into the discussion on biosignatures, as well as, I will also discuss the consequences of the
possibility of the existence of life outside our planet and how can change our view of life
as we know it.
Biosignatures, origin of life and prebiotic chemistry
The search for understanding the conditions and phenomena that led to the organization
of matter to the formation of life has been a field of intense debate. The identification of
the transition point between the living and the non-living is essential for the development
of models and concepts that better describe the phenomenon of life. In this sense, different
points of view regarding the moment in which life emerged lead to different understandings
of what characterizes this phenomenon. These questions have a profound impact on the
formulation of experiments that seek to identify the possibility of life outside our planet,
as they can lead to the search for processes that do not reveal the possibility of life, but
only which necessary elements would be present in certain environments, however without
describing the other conditions for these elements to organize and interact to structure life.
Thus, we must look at what the phenomenon of life is from a broader perspective, moving
away from the typological characteristics of living beings that we know and focusing on
the processes that distinguish the phenomenon of life from the non-living organization
of matter. Many of the methods for detecting biological activity outside our planet are
based on determining the composition of the atmosphere of the planet under analysis, as
well as studies on our planet that show that such compounds are produced exclusively by
biological activity. Furthermore, recent missions to the planet Mars have collected and
analyzed the composition of this planet and assessed whether there is any evidence of past
or present life. However, all of these approaches are anchored in characteristics observed
in organisms on our planet, which has evidently limited our detection power.
The astrobiology community is increasingly concerned with how to improve the accu-
racy of biosignature detection. These efforts have recently been seen in the work of Green
et al. (2021) and the report of the NASA workshop on life detection (2021). Green et al.
(2021) raises several current issues, both in detecting signs of life beyond our planet and in
how these results are presented to the scientific community and society, which can lead to
misunderstandings about the true scientific value of such results. As a result, it proposes a
progressive scale that can aid identify the signs until a positive result is confirmed. Green
et al. (2021) highlights the environmental relevance of such signals, the discrimination of
abiotic false positives, the identification of other biosignatures together, the elimination
of alternative hypotheses that could explain the detected signal, and contamination with
materials from our planet as important points. In a complementary sense, the report of
the NASA workshop on life detection (2021) starts off one broad discussion about the pos-
sible origins of biosignatures, raising critical questions in the most diverse directions and
prompting us to think more carefully about the possible outcomes and their implications
for detecting life beyond our planet. One of the points raised, which I believe is critical to
emphasize, is the importance of taking a closer look at the results of prebiotic chemistry
studies when deciding and interpreting positive results on biological signals. At this point,
I would like to suggest a thought experiment. Assume we discover signs of life on Mars
using biosignatures derived from terrestrial organisms. The first question is whether this
reaction can occur in the absence of life. Although it may appear to be a trivial question
for researchers, new prebiotic chemistry elements can lead to new ways of interpreting this
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type of data. Several studies have shown that many basal metabolic pathways, such as
glycolysis (Keller et al., 2014), pentose pathway (Keller et al., 2016), citric acid cycle (Mu-
chowska et al., 2019), and others (Barge et al., 2020) can occur with chemical catalysts
under prebiotic conditions. These findings raise new questions about how life might have
evolved on our planet, as we can imagine that some of the most fundamental metabolic
pathways could have existed in a prebiotic environment and that life co-opted these reac-
tions for its survival. Take, for example, pyruvate, the product of the glycolytic pathway,
but we can think of any other product of the basal metabolic pathways. Currently, practi-
cally all pyruvates found on our planet are products of biological activity, so we can infer
that if we find pyruvate on another planet, we have a strong indication of biological activity
on that planet. However, studies have shown that under prebiotic conditions, it is possible
that practically all glycolysis reactions occur with chemical catalysts (Keller et al., 2014,
2016).
Considering these new data, some authors have proposed that several metabolic path-
ways considered exclusively biological may have emerged from the chemistry possible in
the atmospheric conditions of primitive Earth and were incorporated by organisms during
the maturation process of biological systems (Prosdocimi and Farias 2022). Thus, these
new data pose new challenges, because, if we find a biosignature, we must know whether
under the conditions of that planet this biosignature can be produced by non-biological
processes. So, how are we to interpret the identification of biosignatures on another planet?
Were they real signs of life? Or could they indicate signs of the possibility of life devel-
opment? We can think that what we now know as the products of living organisms may
have been products of prebiotic chemistry on early Earth. These points were raised at
the NASA workshop on life detection and should be debated and evaluated more thor-
oughly, including incorporation into biosignature detection protocols like the one proposed
by Green et al (2021). In this regard, another point to consider in this discussion is the
possibility of testing the synthesis of biotic compounds on Mars under prebiotic condi-
tions. We currently have a lot of knowledge about the current atmosphere (Changela et
al. 2021), as well as good evidence of Mars’ primitive atmosphere (Kobayashi et al. 1997),
which allows for experiments to be carried out to see if the synthesis of compounds that
can support the organization and maintenance of a biological system is possible in such
conditions (Kobayashi et al. 1999).
Concepts of life and biosignatures
The search for and the identification of biosignatures that can really distinguish abiotic
events from biotic events requires a deep understanding of what the phenomenon of life
is in a universal context, in addition to a prior understanding of the biology of known
organisms. In this context, the formulation of more precise concepts or those that point to
universal characteristics is necessary for broader biosignature formulations. Despite having
more than 100 conceptual formulations about the phenomenon of life, we still have diffi-
culties obtaining a widely accepted concept that does not present exceptions within our
knowledge of life on Earth. Farias et al. (2021) divide conceptual formulations about life
into three major groups: those based on physical characteristics, those based on cellular
structure, and those based on molecular structure. Cellular and molecular approaches to
conceptualizing life are currently the most accepted and used, even if indirectly, in the
choice of biosignatures, since the metabolic processes of organisms that fit these concepts
are preferred. Evidently, we cannot claim that such choices are wrong, as they are within
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the known spectrum of biological activity. However, both concepts based on cellular struc-
tures and on molecular structures use the typological organization of living beings as an
argument, which at first may not represent a problem if life is organized on other planets
with a typology like the one that we know for the planet Earth. However, this type of
approach restricts our observational power, not allowing us to identify the phenomenon of
life if it is organized under another typological structure. In the present context, we must
understand typological characteristics as the physical characteristics presented by living
beings. In this sense, the physical approach is broader in terms of the possibility of identi-
fying phenomena that we could infer as alive. However, the physical approach, due to its
amplitude power, cannot make a clear conceptual distinction, even on our planet, between
merely physical events and biological events. Several authors have proposed a change to
the conceptual paradigm in order to solve this impasse, shifting the conceptual analysis
of biological entities to the processes performed by these entities (Dupr´e and Nicholson,
2018, Simons 2018, Farias et al. 2021).This type of approach seeks to evade typological
characterization, thus concentrating its efforts on general processes that may occur under
another typological framework, but which we can identify as processes carried out by liv-
ing organisms. Dupr´e and Nicholson (2018) argue that even entities can be understood as
specific temporal stages of stable processes. The spatial-temporal organization processes,
together with their causal and temporal relationships with other processes, will determine
the stability and persistence of those entities. Simons (2018) suggested that material enti-
ties should be understood as some sort of precipitation of the processes that maintain and
stabilize them. Farias et al. (2021) analyzed the structures or processes that are unique
and exclusive to living beings and propose that the processing of encoded information is a
characteristic that is present in all living beings and is exclusive to this type of organization,
making it impossible to identify encoded information outside the biological sphere.
A similar approach had already been suggested by Claus Emmeche (1998), who pro-
posed that the concept of life should be based on the code-structural nature of biological
systems. For this author, ”life is the functional interpretation of signs in self-organizing
material ’code-systems’ that construct their own ’umwelts’” (Emmeche, 1998). In a similar
sense, Sebeok (1988) proposes that semiosis is what distinguishes all that is animate from
the lifeless. Their studies have established important characteristics identified in biological
codes, such as: (i) the code must connect two words, one defined as the signal and the
other described as the biological sense; (ii) a code must have an adapter that establishes
the rules of correlation and makes contact between the signal and its meaning; and, (iii)
the code must be a natural convention; even if the information is changed experimentally,
it must still act as a code (Barbieri, 2014; Hofmeyr, 2018). Thus, we suggest that such
observations about biological systems be considered in the process of identifying and se-
lecting biosignatures, as approaches such as those indicated can expand the search field
and identify the phenomenon of life regardless of the typological structure in which such a
phenomenon is structured on another planet. Evidently, we must not abandon typological
approaches in the study of biosignatures, but rather incorporate concepts that can increase
our exploratory power. The development of markers that can identify coded information
processing structures could represent a new milestone in the exploration of environments
outside our planet.
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What if we find life on mars?
Another situation that we should investigate is whether we confirm the existence of
organisms outside our planet. How can this discovery change the way we understand the
phenomenon of life on our planet? Currently, we have extensive knowledge of how life may
have emerged and evolved on our planet. Our data indicate that life as we know it had a
unique origin and diversified through processes such as mutation, natural selection, gene
drift, migration, among others. The use of biosignatures based on the organisms we know
has as a background the idea that the processes that led to the formation of living beings
on planet Earth can be universal and that the processes carried out by living beings, given
the appropriate conditions, would occur in a similar way off our planet. This idea, in a way,
has principles contrary to knowledge about current evolutionary biology. In this way, the
discovery of life outside our planet can drastically change the fundamentals that support
the understanding of life on our own planet. Let us imagine the following situation: We
found life on Mars, and when we analyze these Martian organisms, we identify that they
have DNA as an informational molecule, have certain metabolic pathways in common with
terrestrial organisms, as well as a similar structural organization. How can we eliminate
the possibility of terrestrial contamination on Mars? At first, the general organization
of these bodies would be similar. Could we think that life originated elsewhere in space
and dispersed to Earth and Mars independently? Or is life a deterministic process in the
universe and thus, given the proper circumstances, life could appear similarly at different
points in the universe? If we have an affirmative answer to the last question, could we say
that the evolutionary process that guides life on our planet would be a universal process? Is
life a cosmic imperative? and thus always organizing under the same rules and operation?
In addition to the possible consequences in our scientific understanding of biological
processes, we cannot forget the profound changes that such data can generate in human
social bases. The perception that life is not an organization exclusive to planet Earth
can affect several fields of human understanding, among them, we can mention discussions
involving religious aspects, our relationship with our planet and the changes it has been
going through in last years, among others. These questions may appear trivial, but by
delving deeply into them and considering the implications of each possible answer, we can
start a broad discussion about the true nature of life on our planet, which will undoubtedly
improve the resolution of our search tools for life on other planets. In this way, we can
also believe that by focusing on the issues presented, new ways of thinking about space
exploration can be evidenced.
Last considerations
For decades, artists and scientists have been inspired by the search for life beyond our
planet. Advances in knowledge about living beings, as well as advances in technology, have
made it increasingly possible to explore environments beyond our planet. In this sense,
astrobiology has solidified itself as the science of the future, bringing together disparate
fields to both understand more and more life on our planet and increase the likelihood of
finding similar phenomenon in other parts of the universe. The correct use of biosignatures
proves difficult not only for correctly identifying a true vital signal, but also to interpret
this phenomenon as universal.
Astrobiology philosophy must anticipate facts and devise ways to interpret future dis-
coveries that have the potential to profoundly impact our understanding of how we un-
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derstand life on our own planet. In this context, to improve the potential for detecting
life outside our planet, we cannot leave aside new data on the chemical possibilities in
atmospheres with conditions different from ours, as well as new discussions about what
and how we understand the phenomenon of life. These two new approaches can add to
the existing ones and help us to put together this picture of how life may have emerged
and whether this process that led to the emergence of life is exclusive to an extremely
particular condition that existed on primitive Earth, or if it is a cosmic imperative and has
been repeating itself in different parts of the universe. So, I end this brief essay with the
following question: if we find life on Mars, what would that mean?
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