Astrobiology analysis of icy biomes as a proxy for extra-terrestrial life in icy worlds

Lígia Patrícia Fonseca Coelho

Informações chave

Autores:

Lígia Patrícia Fonseca Coelho (Lígia Patrícia Fonseca Coelho)

Orientadores:

Zita Carla Torrão Pinto Martins (Zita Martins), Rodrigo da Silva Costa (Rodrigo da Silva Costa), João Alfredo Vieira Canário (João Alfredo Vieira Canário)

Publicado em

05/07/2022

Resumo

Uma das questões que a astrobiologia pretende responder é se estamos sozinhos no universo. Alguns mundos gelados que orbitam Júpiter, Saturno, e outras estrelas, são locais de interesse para procurar vida extraterrestre. Missões espaciais in-situ são o derradeiro método que poderá fornecer uma resposta definitiva a esta questão, e várias missões a estes mundos estão planeadas acontecer nas próximas décadas. No entanto, ainda é necessário trabalho na Terra, com recurso a análogos planetários, para preparar estas missões. Análogos planetários são locais no nosso planeta que reproduzem características de ambientes extraterrestres. No inverno, a Baía de Hudson, no Canadá, é um análogo planetário para alguns mundos gelados. Foi realizado um estudo integrativo na costa da Baía de Hudson para determinar e relacionar a química e a microbiologia do seu gelo e água. Primeiro, foi concebido e testado um protocolo para o processamento de gelo após a colheita de amostras, e foi investigado a possível contaminação durante os processos de amostragem e processamento de gelo. Em sequência, a estrutura procariótica das amostras de gelo e água foi explorada, revelando uma assimetria íngreme entre estas comunidades e a sua relação com a salinidade. Os microrganismos de gelo revelaram produzir mais biopigmentos do que os microrganismos na água. Espectroscopia foi aplicada para explorar o conteúdo de biomoléculas fluorescentes. Moléculas húmicas, triptofano, e provavelmente ß-caroteno foram encontrados em amostras de gelo e água, variando ao longo do gradiente de salinidade, e dependendo do grau de degradação biológica. Clorofilas e carotenoides foram detetados em suspensões enriquecidas de microrganismos cultivados a partir das amostras, e os seus sinais refletiam-se de forma diferente dependendo da disponibilidade de água. Esta abordagem holística de análise astrobiológica do mesmo conjunto de amostras, que inova nas boas práticas de trabalho de campo para amostras de gelo polar, desvendou comunidades procarióticas do gelo e da água da costa Baía de Hudson e suas assinaturas químicas, culminando no primeiro catálogo de bioassinaturas coloridas para procurar vida em mundos gelados. One of the questions astrobiology aims to answer is whether we are alone in the universe. Some icy worlds orbiting around Jupiter and Saturn as well as orbiting other stars are locations of interest to search for extra-terrestrial life. Space missions are the ultimate approach that may one day give us a definite answer and several space missions to these worlds will happen in the next decades. However, a great amount of work is needed on Earth, resorting to planetary field analogues, to prepare them. Planetary field analogues are places on our planet that reproduce some characteristics from extraterrestrial environments. In the winter season, Hudson Bay in Canada is a planetary field analogue to some icy worlds. An integrative study of Hudson bay’s coast was performed to determine, characterize, and relate the chemistry and microbiology of its ice and water, along a salinity gradient. As a first approach, a clean protocol for ice processing after sampling was designed and tested and ice sampling/processing contaminants were investigated and documented. Following, the prokaryotic structure of ice and water samples was explored revealing a steep asymmetry between the communities of ice and water and their relationship with salinity. Ice microorganisms were revealed to be more prone to produce biopigments than the microorganisms in water. Spectroscopy was applied to further explore the content of fluorescent biomolecules. Humic molecules, tryptophan, and likely ß-carotene were found in environmental samples of ice and water, varying along the salinity gradient, and depending on bio- and photodegradation. Chlorophylls and other carotenoids were detected in enriched suspensions of microorganisms cultivated from the samples, and their signals reflected differently depending on water availability. This holistic approach to astrobiology analysis of the same set of samples innovated in fieldwork good practices for polar ice samples, unraveled the prokaryotic communities from Hudson Bay coast’s ice and water and their chemical signatures, culminating in the first catalogue of colored biosignatures to search for life in icy worlds.