Marte

La distancia de Marte respecto al Sol varia durante un año marciano, que consiste en 668,6 días solares debido a su órbita elíptica. El clima marciano sufre un gran número de variaciones, en el sentido que avanza y se retraen los casquetes polares con temperaturas alrededor de -123.15°C, mientras en las regiones de la línea ecuatorial la temperatura de la superficie puede llegar a -0.15 °C. Las fuertes variaciones en los parámetros orbitales han hecho que la distribución quieta de la superficie varié con el tiempo, modificando la absorción de la radiación solar y atmosférica. Los parámetros orbitales son cuatros, (1) la distancia significativa d, 1,52366 AU, (2) la excentricidad de la órbita , 0,09341, (3) el ángulo de inclinación (oblicuo) , 25,19° y (4) la longitud aereocentrica L _s y perihelion L _sp , 251°. La longitud aerocentrica (L _s ) es el índice estacional: durante el equinoccio de primavera en el hemisferio norte 0° (180°) y en el solsticio de invierno en el norte 90° (270°). Debido a la alta excentricidad relativa del hemisferio sur, Marte recibe mucha radiación solar durante el verano, e inversamente, el invierno en el sur tiende a ser muy duro. Los parámetros orbitales han demostrado ser muy importantes, provocando fuertes cambios climáticos en el pasado marciano (^{Savijärvi, 2014}). En la atmosfera la radiación solar es absorbida y disipada por moléculas de aire y partículas de polvo, presentando 95% de dióxido de carbono y polvo, con trazas de agua, pero esto quizás fue más denso en el pasado (^{Newman et al., 2004}; Savijärvi et al., 2015).

La historia geológica e hidrológica de Marte es preservada en parte por las colinas Noachian que cubren aproximadamente la mitad del planeta (^{Wilson et al., 2010}; ^{Diot et al., 2015}). En su región sur, se puede observar una red canales y valles extendidos, algunos de estos valles terminan en cráteres y cuencas en forma de depósitos de abanicos aluviales. En esta área existen varios cráteres antiguos que muestran depósitos lineales en las orillas y capas con diferentes tonalidades, sugiriendo que en algún momento albergaron paleolagos. La erosión y sedimentos transportados han tenido un impacto geomórfico y estratigráfico significativo en el desarrollo de las colinas del sur, particularmente en asociación con cráteres de impacto, donde múltiples sucesiones sedimentarias han sido documentadas (Wilson et al., 2010; ^{Howard et al., 2005}; ^{Kerber et al., 2012}; ^{Cabrol y Grin, 2010}; ^{Ansan et al., 2011}; ^{Savijärvi, 2015}).

La evidencia geomórfica demuestra un pasado hidrológico, debido a depósitos fluviales, erosión en la superficie de las Colinas del Sur, números hidruros minerales, como hidrato de sílice, filosilicatos y minerales secundarios incluyendo clorhidratos detectados en las colinas, que usualmente requieren volúmenes significativos de agua líquida, combinado con un largo sistema de canales de drenaje sugieren un proceso de moldeado hidrológico en el paisaje de Marte, especialmente en terrenos circundantes de las cuencas de Hellas, que presenta un sistema de drenaje y puede tener rastros de ciertos episodios de sedimentación mediante procesos volcánicos, fluviales, glaciales o eólicos (^{Carter et al., 2013}; ^{Ehlmann et al., 2011}; Ehlmand y Edwards, 2014; ^{Matsubara et al., 2013}, ^{Ansan et al., 2011}).

Desierto de Atacama, Marte en la tierra

Los ecosistemas híper-áridos representan uno de los habitad más cambiantes en la Tierra, a menudo las limitaciones en estos ecosistemas brindan un mínimo soporte para el desarrollo de la vida, siendo el desierto de Atacama en las costas del oeste de América del Sur uno de los desiertos más secos del planeta, atravesando Perú y Chile. Las regiones híper-áridas emergen independientemente de la actividad humana, desarrollándose naturalmente y por la evolución de los climas secos, este proceso es denominado como aridización, el cual difiere con el proceso de desertificación, que es definido como la degradación del suelo en áreas desérticas como resultado de variaciones climáticas y actividad humana (^{Fletcher et al., 2012}).

El desierto de Atacama abarca 3500 km, entre 10°S a 35°S latitud, and 70°W a 72°W longitud, con un promedio de precipitación menor a 200 mm/año, ^{Houston y Hartley (2003}) dividieron este desierto de acuerdo con el Índice Árido (IA) en tres regiones, semiárido (0,2<P/PET<0,05), árido (0,05<P/PET<0,2) e híper-árido (P/PET<0,05). Este índice fue calculado mediante el radio de precipitación y potencial de evaporo transpiración (P/PET, por sus siglas en ingles), usando la ecuación de Thornthwite en función de la significancia mensual de temperatura y significancia mensual del número de horas de luz en el día.

Los efectos combinados del sistema de alta presión localizado en el oeste del Océano Pacifico, la corriente fría de Humboldt, y la Cordillera de los Andes interceptan las precipitaciones provocadas por la convergencia intertropical, evitando la formación de nubosidad, siendo los principales factores involucrados en la formación del clima híper-árido. Estos factores han sido usados para apoyar la evidencia geológica que el Desierto de Atacama se ha mantenido híper-árido desde el Plioceno tardío, demostrado por el estudio de los sedimentos en su centro híper-árido (^{Fletcher et al., 2012}; ^{Houston y Hartley, 2003}; ^{Evenstar et al., 2009}; ^{Dunai et al., 2005}).

Las áreas consideradas como base para investigaciones, previas a expediciones en Marte, son las áreas de Yungay y Pampas de La Joya, en Chile y Perú, respectivamente. Estas regiones presentan interesantes diferencias geomorfológicas causadas por variaciones en las elevaciones tectónicas en la cuenca del desierto y las montañas adyacentes de los Andes (^{Fletcher, 2012}; Valdivia-Silvia et a., 2012).

La región Las Pampas de la Joya está localizada en el sur del Perú entre los Departamentos de Arequipa y Moquegua, entre 16°30´ y 17°S, y 72°30°-71°30W. Esta región se puede definir como una unidad geomorfológica caracterizada por una llanura elevada delimitada en el sureste y noreste por los ríos Tambo y Camaná, respectivamente, con la cordillera de los Andes en el noreste y la Cordillera de La Costa en suroestes, teniendo una forma casi triangular abarcando 114 km de largo y 60 km de ancho, a 1200 msnm, divida en tres sectores por los canales de los ríos Sihuas y Víctor, formado a través de sedimentos volcánicos y cubiertos por basamentos cristalinos. Estos son bordeados en el norte por la cadena volcánica de los Andes caracterizada por cuatro cumbres principales: Corropuna (6425 m), Ampato (6314 m), Hualca (6025 m) y Nevado de Chanchani (6057 m), la cadena volcánica también incluye al volcán dormido El Misti. El desierto de la Joya se encuentra entre los ríos Camaná y Tambor, por el oeste es interrumpida por el canal del rio Víctor, que tiene una incisión de casi 1 km de profundidad y cubierto en su interior por basamentos cristalinos. La Cordillera de la Costa define por el sureste los límites fisiográficos de la planicie del desierto La Joya (^{Lavallée, 2006}; ^{Hoke et al., 2007}; ^{Schildgen et al., 2010}; Valdivia-Silvia et al., 2012).

La geología de la región es compleja; basamentos de la planicie desértica está compuesta por rocas cristalinas variando en eras, los estratos sedimentarios y grupos volcánicos que forman la cubierta de rocas cristalinas incluye secuencias volcánicas sedimentarias del Triasico- Jurasico temprano para Cuaternario con un espesor estimado de 4,5-5 km, de los cuales la mayoría pertenece al Mesozoico. Los depósitos consolidados y semiconsolidados de la era Cuaternaria forman la base del desierto que consiste en unos diez metros de capa lacustre, con una costra de suelo formada por residuos aluviales, fluviales. El suelo verdadero se encuentra ausente, pero se encuentra un grueso regolito en varias partes, generado in situ debido a mecanismos de desgaste por las altas temperaturas que pueden llegar hasta 40°C/h entre el mediodía y media noche (^{Valdivia-Silva et al., 2012}).

Las Pampas de La Joya, exhibe un suelo híper-árido con un menor nivel de compuestos orgánicos de los presentados en Yungay, además de parámetros geoquímicos muy diferentes como pH, oxidación-reducción, concentraciones de iones y composición química. Estudios realizados mediante el uso de técnicas de volatilización térmica en seis tipos de muestras de suelos híper-árido de las Pampas de La Joya, mostraron una elevada actividad oxidante, de naturaleza desconocida (^{Valdivia-Silva et al., 2012})

Importancia del desierto de Atacama para el estudio de la vida en Marte

El centro híper-árido del desierto de atacama es considerado como el más seco y el lugar más limitado de vida en la Tierra, con pocos hábitats capaces de sostener un ecosistema microbiano activo. Como tal, es uno de los mejores lugares análogos de las condiciones áridas extremas en Marte, y un ambiente ideal para explorar la supervivencia y estrategias de adaptación biológica. Un ejemplo claro de la importancia del desierto Atacama en el estudio de la vida en Marte son los resultados obtenidos por ^{Cámara et al (2016}) que investigaron las ignimbritas riolíticas, que son colonizadas abundantemente por cianobacterias endolíticas y bacterias heterotróficas asociadas debido a que las ignimbritas proporcionan protección de la radiación UV y los niveles excesivos de luz visible. La porosidad de la roca también favorece la hidratación a las células a través de la retención de agua después de escasos eventos de lluvia, incluso cuando el ambiente circundante permanece obstinadamente seco. Este es el primer ejemplo conocido de una comunidad microbiana endolítica que coloniza rocas ignimbrita en un ambiente extremadamente seco. La existencia de un hábitat capaz de soportar abundantes organismos fototróficos y heterotróficos en un entorno que impide la mayoría de las formas de vida sugiere que, si se encuentran depósitos similares en Marte, éstos deberían considerarse objetivos de búsqueda de vida. De hecho, las rocas ignimbritas han sido provisionalmente identificadas en el cráter Gale, el sitio de aterrizaje de la misión Mars Science Laboratory (MSL) y podría ser analizado directamente por el rover Curiosity. El descubrimiento de diversos hábitats endolíticos microbianos en el desierto seco de Atacama también es particularmente relevante en la búsqueda de vida en Marte, ya que proporcionan un continuo en el espectro de los posibles hábitats disponibles para la vida en la superficie del planeta, como las condiciones cambiaron de relativamente húmedo a extremadamente frío y seco. Los patrones de colonización en el desierto de Atacama también pueden ayudar reducir el número de sitios para buscar vida durante las misiones robóticas, o seleccionar las mejores muestras para recoger en una muestra eventual Misión de retorno.

Importancia de las Rizobacterias

La rizosfera es la región del suelo con la mayor actividad microbiana, con una gran riqueza en nutrimentos, donde planta y microorganismo interaccionan mutuamente para su beneficio. Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV), utilizan uno o varios mecanismos de acción para favorecer este crecimiento, ya sea estimulando la absorción de nutrimentos o evitando la acción de microorganismos patógenos (^{Esquivel-Cote et al., 2013}).

Varias bacterias rizosféricas con potencial para estimular el crecimiento de las plantas se han aislado de diferentes lugares y regiones del mundo. Los mecanismos por los cuales estas bacterias tienen la capacidad de estimular el crecimiento de plantas incluyen la producción de fitohormonas, compuestos volátiles, compuestos antimicrobianos (producción de enzimas líticas, sideróforos), fijación biológica de nitrógeno, la solubilización de fosfato y otros. En diferentes lugares del continente americano se han reportado varios aislamientos bacterianos con potencial para estimular el crecimiento de las plantas y algunos de ellos han sido utilizados como formulaciones de inoculantes para incrementar el rendimiento de los cultivos (^{Molina-Romero et al., 2015}).

Los procesos de colonización y estimulación del crecimiento por parte de las rizobacterias podrían estar sujetos a mecanismos estrictos de reconocimiento del hospedero y procesos de señalización molecular entre la bacteria y la planta hospedera (^{Kamilova et al., 2006}). Las bacterias de tipo PGPR se han clasificado en grupos de acuerdo al efecto benéfico que ejercen sobre la planta (^{Fibach-Paldi et al., 2012}); el cual puede ser directo o indirecto (^{Ortíz-Castro et al., 2009}). Entre las PGPR que realizan un efecto directo se ubican las rizobacterias fitoestimuladoras (^{Malik & Sindhu, 2011}), las que proporcionan nutrientes esenciales como las rizobacterias fijadoras de nitrógeno y las solubilizadoras de fosfatos (^{Saleem et al., 2007}). Las PGPR que ejercen un efecto indirecto afectan el crecimiento de fitopatógenos, lo que permite un mejor desarrollo de las plantas hospederas (^{Van Loon, 2007}).

Rizobacterias en regiones áridas

La microbiota vegetal alberga innumerables taxones bacterianos que promueven el crecimiento y tolerancia al estrés, ayudan a suprimir enfermedades en las plantas, degradan compuestos xenobioticos y pueden influir positivamente en la adaptación en ambientes extremos (^{Berg et al. 2014}; El ^{Amrani et al. 2015}). Según la investigación de ^{El-Sayed et al (2014}), los genotipos de rizobacterias más representativos en muestras de suelo rizosférico de plantas nativas del desierto de Almadinah Almunawarah en Reino Saudi, fueron Bacillus, Enterobacter y Pseudomonas que presentaron capacidad de fijación de nitrógeno atmosférico, producción de ácido indolacetico, sideróforos, solubilización de zinc y potencial antagónico contra Fusarium oxysporum y Sclerotinia sclerotiorum.

^{Inostroza et al (2017}), evaluó el consorcio de rizobacterias en ecosistemas áridos chilenos (Consorcio C1) y agroecosistemas (Consorcio C2), sobre la producción de biomasa vegetal. El efecto promotor del crecimiento vegetal del Consorcio C1 y C2 fueron ensayados en semillas de trigo (Triticum aestivum L.) cultivadas en macetas en condiciones controladas y macetas en condiciones naturales, utilizando Andisoles chilenos (Series de Piedras Negras y Freire), solo el Consorcio C1 provoco un efecto del 60% en la máxima capacidad de retención de agua en suelos pobres en fósforo de la serie de "Piedras Negras". En condiciones naturales solo el Consorcio C1, exhibió efectos estadísticos significativos en 30% de la capacidad máxima de retención de agua, en la serie de "Piedras Negras", manteniendo la biomasa vegetal en 60%, lo que sugiere una posible aplicación de consorcios de rizobacterias de ecosistemas áridos para mejorar el crecimiento de trigo en andisoles chilenos bajo condiciones de escasez de agua.

Los resultados obtenidos por ^{Aamir et al (2013}), revelan que la inoculación/coinoculación con Rhizobium y RPCV, mejoran el potencial de crecimiento del frijol chino (Vigna radiata L.) reduciendo el efecto inhibitorio causado por suelos altamente salinos. De acuerdo ^{Ahmad et al (2011}), la inoculación simple y combinada genera una respuesta positiva en el crecimiento, debido a cambios endógenos de etileno por las RPCV que contengan ACC-desaminasa en raíces leguminosas y es probable que la colonización por rizobacterias aumenten la fijación de nitrógeno, solubilización de fosforo, producción de fitohormonas, actividad de quitiasas y producción de sustancias activas biológicas (^{Panjebashi et al. 2012}).

Los resultados obtenidos por ^{Aamir et al (2013}), revelan que la inoculación/coinoculación con Rhizobium y RPCV, mejoran el potencial de crecimiento del frijol chino (Vigna radiata L.) reduciendo el efecto inhibitorio causado por suelos altamente salinos. De acuerdo ^{Ahmad et al (2011}), la inoculación simple y combinada genera una respuesta positiva en el crecimiento, debido a cambios endógenos de etileno por las RPCV que contengan ACC-desaminasa en raíces leguminosas y es probable que la colonización por rizobacterias aumenten la fijación de nitrógeno, solubilización de fosforo, producción de fitohormonas, actividad de quitiasas y producción de sustancias activas biológicas (^{Panjebashi et al. 2012}).

Las investigaciones realizadas por Kavamura et al., 2013 en bacterias asociadas con cactos de la región semiárida brasileña se aislaron basándose en su capacidad para crecer en medio con menor disponibilidad de agua. Se probaron para la producción de expolisacaridos (EPS), así como la promoción in vitro del crecimiento de las plantas Rasgos. Una gran proporción de los aislamientos pertenece al género Bacillus. De un total de cuarenta y ocho bacterias, 65% pudieron crecer en medio con menor disponibilidad de agua (0.919Aw), producción de exopolisacáridos Se observó el 65% de las cepas. La producción de ácido indolacético (IAA) superior a 51 gmL-1 Se observó para el 4% y la alta solubilización de Ca-P se verificó para el 6% de los aislamientos. sin tensión Fue capaz de producir cianuro de hidrógeno (HCN), el 71% produjo amoníaco y el 79% mostró un halo de carboximetil Degradación de la celulosa (CMC). Zea mays L. promoción del crecimiento bajo estrés hídrico (30% del campo Bacillus spp., Bacillus spp.

La "papa" en Marte

Las misiones de exploración espacial a largo plazo a Marte requerirán producción de alimentos, instalaciones para sostener la vida humana. Los científicos han estudiado la producción vegetal en ambientes controlados, análogos a los de marte, para comprender mejor los efectos sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas (^{Nardone et al, 2012}).

La producción vegetal en ambientes controlados, para su aplicación en programas espaciales ha sido realizada por años, como el proyecto ruso BIOS (^{Gitelson et al, 1989}), la Cámara de Producción de Biomasa de la NASA , proyectos de pruebas de Apoyo de Vida Lunar y Marciana (^{Wheeler et al, 1996}; Edeen, 2000), el japonés, Experimento de pruebas de facilidad ecológicas (^{Tako et al, 2005}), el canadiense, Mecanismo de Investigación de Sistemas de Ambiente Controlado (^{Chamberlain et al, 2003}; Stasiak et al, 1998; ^{Wehkamp et al, 2012}) y otros alrededor del mundo (Wheeler, 2010). Estos estudios han sido realizados controlando la luz, agua, nutrientes, temperatura, composición atmosférica y en algunos casos presión. La presión no es típicamente un problema en un ambiente controlado en la Tierra, pero debe ser considerado en el Espacio donde, por ejemplo, un entorno como Marte la presión atmosférica es de 0,7 kPa, menos del 1% de que en la Tierra al nivel del mar (^{Nardone et al, 2012}).

^{Wamelink et al (2014}) seleccionó especies vegetales de tres grupos: cuatro cultivos diferentes, cuatro fijadores de nitrógeno y seis silvestres que se encuentran naturalmente en Holanda. Sólo especies con semillas relativamente pequeñas fueron elegidos de manera que el stock de nutrientes en las semillas sea rápidamente agotada y la planta depende totalmente de lo que está disponible en los suelos para su crecimiento. Para las plantas silvestres seleccionó las que son capaces de crecer en una amplia gama de circunstancias, los resultados mostraron que es posible cultivar plantas en suelo marciano.

El Centro Internacional de la Papa (CIP) lanzó una serie de experimentos para descubrir si las papas pueden crecer bajo las condiciones atmosféricas de Marte y demostrar así que también son capaces de crecer en climas extremos en la Tierra. Este esfuerzo de Fase Dos del experimento de CIP para probar el cultivo de papas en condiciones marcianas simuladas comenzó el 14 de febrero de 2016 cuando un tubérculo fue sembrado en un ambiente construido específicamente CubeSat construido por ingenieros de la Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC) Sobre los diseños y el asesoramiento proporcionado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio en el Centro de Investigación Ames (NASA ARC), California. Según e CIP, una ventaja del cultivo de papa es la gran capacidad genética para adaptación a ambientes extremos. El CIP ha aprovechado esa capacidad para criar clones de papa que toleran condiciones tales como la salinidad del suelo y la sequía, con el fin de ayudar a los pequeños agricultores a cultivar alimentos en áreas marginales que podrían crecer con el cambio climático. En 2016, el CIP trajo tierra analógica de Marte desde el desierto de las Pampas de La Joya en el sur de Perú hasta su estación experimental en La Molina, Lima. Ahí CIP fue capaz de mostrar la prueba de que cultivos de papa podrían crecer en este suelo seco y salado con cierta ayuda de suelo fertilizado de la tierra para la nutrición y estructura. Los resultados preliminares son positivos (CIP, 2017).

Desafíos actuales y futuros

La presente revisión ha descrito las condiciones ambientales, geológicas, ecológicas y climáticas del desierto de Atacama, centrándose en las regiones de la Pampa de La Joya y su núcleo híper-árido, el cual posee características análogas al suelo de Marte, tales como, pH, oxidación-reducción, concentración de iones y composición química, de acuerdo con los estudios de ^{Valdivia-Silva et al (2012}) el suelo híper-árido de las Pampas de La Joya, mostraron una elevada actividad oxidante, de naturaleza desconocida, similar a las encontradas en Marte lo que provoca que el suelo sea carente de vida. Las condiciones climáticas también son inclementes, con una fuerte radiación solar, temperatura elevada y carente de precipitaciones. Debido a lo anteriormente descrito el desierto de Atacama es uno de los principales lugares para preparar y probar equipos para expediciones a Marte o estudio de este.

Actualmente no se ha podido confirma si existe o ha existido vida en Marte, pero el CIP está realizando investigaciones para poder llevar vida ha dicho planeta, mediante el desarrollo de cultivos de papa que sean capaces de desarrollarse en ese ambiente inhóspito. Pero ¿Cuáles son los desafíos actuales y futuros que puede presentar esta investigación?, de acuerdo con la información mostrada en esta revisión, uno de los principales inconvenientes es la composición fisicoquímica del suelo, la presencia de compuestos oxidantes y las limitaciones que va presentar la planta para la absorción de nutrientes; solución a estos inconvenientes puede ser la variación genética para obtener cultivos resistentes a estas condiciones. Otro de los puntos a tratar es el comportamiento de los cultivos en microgravedad que afectaría la estructura y fisiología de los cultivos, para evitar esto se puede desarrollar plántulas en condiciones de controladas de microgravedad desde la germinación de la planta, pero existe la posibilidad que su capacidad de absorción de nutrientes se vea afectada, sumado a esto están las características del suelo podría conllevar a resultados adversos. Esta revisión no solo se enfoca en las investigaciones de cultivos en microgravedad o en suelos con alto niveles de compuestos oxidantes, sino que sugiere el empleo de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal, las cuales han presentado resultados exitosos en la recuperación de suelos agrícolas áridos. En investigaciones resientes se ha podido determinar la posible existencia de microorganismos que han logrado desarrollarse en el núcleo híper-árido del desierto de Atacama, por lo cual deja la ventana abierta para realizar una mayor investigación de estos microorganismos, estudiar si podría entablar alguna relación simbiótica con alguna planta u otros microorganismos. Otra alternativa es la investigación de microorganismo en los que se ha comprobado su capacidad como promotores del crecimiento vegetal y estudiar su comportamiento en suelos como los presentes en el desierto de Atacama y verificar si generan un efecto positivo en la adaptación o desarrollo de los cultivos de papa u otros.