Centro de Astrobiología
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El Centro de Astrobiología (CAB) es un centro de investigación mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Creado en 1999, fue el primer centro del mundo dedicado específicamente a la investigación astrobiológica. En abril del 2000, se convirtió en el primer centro asociado al NASA Astrobiology Institute (NAI).
Su principal objetivo es estudiar el origen, presencia e influencia de la vida en el universo. Se trata de un centro multidisciplinar, que alberga más de 150 técnicos y científicos especialistas en diferentes ramas. Además, cuenta con diferentes unidades de apoyo, como la Unidad de Cultura Científica, la Unidad de Gestión y una extensa biblioteca científica.
Cabe destacar que en el CAB se ha desarrollado el instrumento REMS (Rover Environmental Monitoring Station) para la misión MSL de la NASA; se trata de una estación medioambiental que está a bordo del rover Curiosity, en Marte desde 2012. También se ha desarrollado el instrumento TWINS (Temperature and Wind sensors for INSight) para la misión InSight de la NASA, en Marte desde noviembre de 2018. En la actualidad se está trabajando en el desarrollo del instrumento MEDA (Mars Environtmental and Dynamics Analizar) para la misión Mars 2020 de la NASA; y en RLS (Raman Laser Spectrometer) para la misión de la ESA ExoMars 2020. El CAB también participa en diferentes misiones e instrumentos de gran relevancia astrobiológica tales como CARMENES, CHEOPS, PLATO, el telescopio espacial James Webb (JWST) con los instrumentos MIRI y NIRSPEC y la misión BepiColombo de la ESA al planeta Mercurio.
El CAB ha recibido la distinción como Unidad de Excelencia María de Maeztu en la convocatoria de 2017 del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, destinada a reconocer la excelencia en estructuras organizativas de investigación.
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Publicación Restringido Interplay between Fast Diffusion and Molecular Interaction in the Formation of Self-Assembled Nanostructures of S-Cysteine on Au(111)(ACS Publications, 2010-01-21) Mateo Martí, Eva; Rogero, Celia; González, César; Sobrado, J. M.; De Andrés, Pedro L.; Martín Gago, J. A.We have studied the first stages leading to the formation of self-assembled monolayers of S-cysteine molecules adsorbed on a Au(111) surface. Density functional theory (DFT) calculations for the adsorption of individual cysteine molecules on Au(111) at room temperature show low-energy barriers all over the 2D Au(111) unit cell. As a consequence, cysteine molecules diffuse freely on the Au(111) surface and they can be regarded as a 2D molecular gas. The balance between molecule−molecule and molecule−substrate interactions induces molecular condensation and evaporation from the morphological surface structures (steps, reconstruction edges, etc.) as revealed by scanning tunnelling microscopy (STM) images. These processes lead progressively to the formation of a number of stable arrangements, not previously reported, such as single-molecular rows, trimers, and 2D islands. The condensation of these structures is driven by the aggregation of new molecules, stabilized by the formation of electrostatic interactions between adjacent NH3+ and COO− groups, together with adsorption at a slightly more favorable quasi-top site of the herringbone Au reconstruction.Publicación Acceso Abierto New results on thermal and photodesorption of CO ice using the novel InterStellar Astrochemistry Chamber (ISAC)(EDP Science, 2010-11-09) Muñoz Caro, G. M.; Jiménez Escobar, A.; Martín Gago, J. A.; Rogero, Celia; Atienza, C.; Puertas, S.; Sobrado, J. M.; Torres Redondo, J.; Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN); Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)Aims. We present the novel InterStellar Astrochemistry Chamber (ISAC), designed for studying solids (ice mantles, organics, and silicates) in interstellar and circumstellar environments: characterizing their physico-chemical properties and monitoring their evolution as caused by (i) vacuum-UV irradiation; (ii) cosmic ray irradiation; and (iii) thermal processing. Experimental study of thermal and photodesorption of the CO ice reported here simulates the freeze-out and desorption of CO on grains, providing new information on these processes. Methods. ISAC is an UHV set-up, with base pressure down to P = 2.5 × 10-11 mbar, where an ice layer is deposited at 7 K and can be UV-irradiated. The evolution of the solid sample was monitored by in situ transmittance FTIR spectroscopy, while the volatile species were monitored by QMS. Results. The UHV conditions of ISAC allow experiments under extremely clean conditions. Transmittance FTIR spectroscopy coupled to QMS proved to be ideal for in situ monitoring of ice processes that include radiation and thermal annealing. Thermal desorption of CO starting at 15 K, induced by the release of H2 from the CO ice, was observed. We measured the photodesorption yield of CO ice per incident photon at 7, 8, and 15 K, respectively yielding 6.4 ± 0.5 × 10-2, 5.4 ± 0.5 × 10-2, and 3.5 ± 0.5 × 10-2 CO molecules photon (7.3–10.5 eV)-1. Our value of the photodesorption yield of CO ice at 15 K is about one order of magnitude higher than the previous estimate. We confirmed that the photodesorption yield is constant during irradiation and independent of the ice thickness. Only below ~ 5 monolayers ice thickness the photodesorption rate decreases, which suggests that only the UV photons absorbed in the top 5 monolayers led to photodesorption. The measured CO photodesorption quantum yield at 7 K per absorbed photon in the top 5 monolayers is 3.4 molecules photon-1. Conclusions. Experimental values were used as input for a simple model of a quiescent cloud interior. Photodesorption seems to explain the observations of CO in the gas phase for densities below 3–7 × 104 cm-3. For the same density of a cloud, 3 × 104 cm-3, thermal desorption of CO is not triggered until T = 14.5 K. This has important implications for CO ice mantle build up in dark clouds.Ítem Acceso Abierto Zoé(Gobierno de España: Ministerio de Defensa, 2011-05-15) Cuesta Crespo, L.; Ruiz Zelmanovitch, B.; Vaquerizo Gallego, J. A.; Montesinos Comino, B.; Cuevas Manrubia, S.; Gómez Gómez, F.; Martín Torres, Javier; Martín Soler, J.; Gómez Elvira, J.; Cernicharo, J.; Mas Hesse, J. M.; Parro García, V.; Amils Pibernat, R.; Rodríguez Manfredi, J. A.La pregunta “¿Hay vida en otros lugares del Universo?” tenía, hasta hace poco, únicamente implicaciones filosóficas. Pero, actualmente se está empezando a abordar desde otros campos de la Ciencia. Precisamente, la Astrobiología aglutina todos los esfuerzos dirigidos a encontrar su respuesta, tratando de entender cómo son los procesos por los que una nube de polvo interestelar llega a transformarse en un sistema planetario en el que alguno de sus cuerpos se desarrolla de tal forma que aparecen microorganismos que lo pueblan y evolucionan. El reto de la Astrobiología es fabuloso y, embarcarse en esa misión, es realmente una aventura: la “aventura de la vida”. “La divulgación es una obligación que tiene la comunidad científica y tecnológica con la sociedad”: ésta es una frase que, desgraciadamente, todavía no ha calado lo suficiente en nuestra comunidad. Quizás el problema esté en nuestra formación: nadie nos ha enseñado a hacerlo y muchos no sabemos cómo se hace, pero nuestra obligación es intentarlo, porque es realmente una obligación para con la sociedad. No cabe duda de que la divulgación en Astrobiología es muy atractiva para el gran público por el interés del tema que aborda y porque su multidisciplinariedad atrae a “curiosos” de muchas áreas. Desde su creación, de la mano de Juan Pérez-Mercader, el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) ha considerado la divulgación como una de sus actividades básicas: esta revista es un intento más en esa dirección. Con ella, no sólo se quiere informar a la sociedad de sus actividades más relevantes, sino que pretende ser un “imán” para atraer hacia la ciencia y la tecnología a todo aquel que sienta curiosidad y quiera satisfacerla. D. Jaime Denís Zambrana – Director General del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)Ítem Acceso Abierto Zoé(Gobierno de España: Ministerio de Defensa, 2012-05-15) Cuesta Crespo, L.; Ruiz Zelmanovitch, B.; Vaquerizo Gallego, J. A.; Sánchez Verdasco, R.; Gómez Elvira, J.; Martín Pintado, J.; Mas-Hesse, J. Miguel; Parro García, V.; Amils Pibernat, R.; Rodríguez Manfredi, J. A.Si hacemos una búsqueda en la web de REMS+Marte conseguimos cerca de 4 millones de coincidencias. Lo que quiere decir que nuestro proyecto ha tenido un razonable impacto en la sociedad. Aunque, por supuesto muy por debajo de REM, el grupo musical, del que el buscador nos da más de 155 millones de resultados. REMS ha supuesto para el Centro de Astrobiología (CAB) situarse en la élite de la exploración planetaria. El poder participar en la más ambiciosa de las misiones enviadas hasta el día de hoy a Marte, ha sido realmente un reto para los investigadores del Centro. Cuando en 2004, al poco de instalarse los laboratorios del CAB en su sede actual, comenzó el proyecto, desconocíamos los retos a los que íbamos a tener que enfrentarnos. Nos adentramos en un camino por el que no todo el equipo había caminado antes. Lo que sí sabíamos era que estábamos completamente decididos a hacerlo. Hoy en día, la perspectiva es totalmente distinta. Se ha conseguido formar un equipo de científicos e ingenieros que caminan juntos, con una relación muy estrecha con la industria y con una experiencia ganada que, seguro, nos permitirá afrontar los siguientes retos de una forma mucho más sólida. El segundo número de Zoé se ha querido dedicar íntegramente a REMS, en respuesta al interés que ha despertado tanto fuera como dentro del Centro. En sus páginas se muestra el enorme trabajo realizado hasta el momento del lanzamiento: la ciencia que se quiere hacer, cómo es su diseño, y cómo nos estamos preparando para el momento del aterrizaje y el comienzo de los dos apasionantes años que nos esperan explorando Marte. Tenemos que seguir haciendo un esfuerzo de divulgación de la ciencia y la tecnología, para conseguir que cada vez la distancia entre los proyectos de ciencia y los grupos musicales se vaya reduciendo. Este número de Zoé es un nuevo esfuerzo en esta dirección. Javier Gómez-Elvira – Director del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) e Investigador Principal de REMSÍtem Restringido On the use of Particle Swarm Optimization for single snapshot DOA and frequency estimation(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2012-05-31) Errasti Alcalá, B.; Fernández Recio, R.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)Direction Of Arrival (DOA) estimation is a well known problem that has been studied through a wide range of different approaches and methods. Most of these methods make use of several snapshots in the array to provide an accurate result but their performance is commonly degraded when only a single snapshot is available. In a scenario where not only the DOAs are unknown but also the frequencies of the signals need to be estimated with a single snapshot is where heuristics show their potential. This communication presents the use of Particle Swarm Optimization (PSO) to estimate the DOA and the frequency of the incoming signals with a single snapshot. This enhanced methodology, applicable to both uniform and non-uniform arrays, can handle incoming signals with different complex amplitudes. Numerical results that show the validity of the approach are provided.Publicación Restringido Mimicking Mars: A vacuum simulation chamber for testing environmental instrumentation for Mars exploration(AIP Publishing, 2014-03-25) Sobrado, J. M.; Martín Soler, J.; Martín Gago, J. A.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)We have built a Mars environmental simulation chamber, designed to test new electromechanical devices and instruments that could be used in space missions. We have developed this environmental system aiming at validating the meteorological station Rover Environment Monitoring Station of NASA's Mars Science Laboratory mission currently installed on Curiosity rover. The vacuum chamber has been built following a modular configuration and operates at pressures ranging from 1000 to 10−6 mbars, and it is possible to control the gas composition (the atmosphere) within this pressure range. The device (or sample) under study can be irradiated by an ultraviolet source and its temperature can be controlled in the range from 108 to 423 K. As an important improvement with respect to other simulation chambers, the atmospheric gas into the experimental chamber is cooled at the walls by the use of liquid-nitrogen heat exchangers. This chamber incorporates a dust generation mechanism designed to study Martian-dust deposition while modifying the conditions of temperature, and UV irradiated.Publicación Acceso Abierto In vitro infectivity and differential gene expression of Leishmania infantum metacyclic promastigotes: negative selection with peanut agglutinin in culture versus isolation from the stomodeal valve of Phlebotomus perniciosus(BMC Genomics, 2016-05-20) Alcolea, Pedro J.; Alonso, Ana; Degayón, María A.; Moreno Paz, M.; Jiménez, Maribel; Molina, Ricardo; Larraga, Vicente; Alcolea Alcolea, Pedro José; Fundación Ramón Areces (FRA); Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC); Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)Background: Leishmania infantum is the protozoan parasite responsible for zoonotic visceral leishmaniasis in the Mediterranean basin. A recent outbreak in humans has been reported in this area. The life cycle of the parasite is digenetic. The promastigote stage develops within the gut of phlebotomine sand flies, whereas amastigotes survive and multiply within phagolysosomes of mammalian host phagocytes. The major vector of L. infantum in Spain is Phlebotomus perniciosus. The axenic culture model of promastigotes is generally used because it is able to mimic the conditions of the natural environment (i.e. the sand fly vector gut). However, infectivity decreases with culture passages and infection of laboratory animals is frequently required. Enrichment of the stationary phase population in highly infective metacyclic promastigotes is achieved by negative selection with peanut agglutinin (PNA), which is possible only in certain Leishmania species such as L. major and L. infantum. In this study, in vitro infectivity and differential gene expression of cultured PNA-negative promastigotes (Pro-PNA−) and metacyclic promastigotes isolated from the sand fly anterior thoracic midgut (Pro-Pper) have been compared. Results: In vitro infectivity is about 30 % higher in terms of rate of infected cells and number of amastigotes per infected cell in Pro-Pper than in Pro-PNA−. This finding is in agreement with up-regulation of a leishmanolysin gene (gp63) and genes involved in biosynthesis of glycosylinositolphospholipids (GIPL), lipophosphoglycan (LPG) and proteophosphoglycan (PPG) in Pro-Pper. In addition, differences between Pro-Pper and Pro-PNA− in genes involved in important cellular processes (e.g. signaling and regulation of gene expression) have been found. Conclusions: Pro-Pper are significantly more infective than peanut lectin non-agglutinating ones. Therefore, negative selection with PNA is an appropriate method for isolating metacyclic promastigotes in stationary phase of axenic culture but it does not allow reaching the in vitro infectivity levels of Pro-Pper. Indeed, GIPL, LPG and PPG biosynthetic genes together with a gp63 gene are up-regulated in Pro-Pper and interestingly, the correlation coefficient between both transcriptomes in terms of transcript abundance is R2 = 0.68. This means that the correlation is sufficiently high to consider that both samples are physiologically comparable (i.e. the experiment was correctly designed and performed) and sufficiently low to conclude that important differences in transcript abundance have been found. Therefore, the implications of axenic culture should be evaluated case-by-case in each experimental design even when the stationary phase population in culture is enriched in metacyclic promastigotes by negative selection with PNA.Ítem Acceso Abierto Caracterización de materiales aeronáuticos mediante la técnica Metal-Backed Free-Space medidos en la cámara polivalente BIANCHA(Ministerio de Defensa: Secretaría Técnica, 2016-11-18) López Rodríguez, P.; Hernán Vega, O.; Poyatos Martínez, D.; Trallero Vela, R.; Escot Bocanegra, D.; Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)El estudio de las propiedades electromagnéticas de materiales compuestos (o composites) ha atra´ıdo la atenci´on de los investigadores en las ´ultimas décadas. Ya que las propiedades de un material est´an estrechamente relacionadas con las de los elementos que lo componen, la idea es tratar de desarrollar materiales con un comportamiento determinado. Sin embargo, la predicción del comportamiento de un material a partir de sus constituyentes es un problema que aún no ha sido completamente resuelto y, por tanto, el interés en caracterizarlos sigue presente. En los últimos años se ha incrementado la utilización de materiales compuestos en diferentes estructuras aeronáuticas de tal manera que ciertas partes de una aeronave ya no son metálicas sino que están completamente fabricadas a partir de composites. Asimismo, con el avance de estos y el interés por fabricar aeronaves más ligeras y eficientes, se están diseñando incluso fuselajes completos de nueva generación con material compuesto; tal es el caso de algunos vehículos aéreos no tripulados (UAV) actuales. De ahí que su caracterización se haya convertido en una necesidad. En este sentido, esta comunicación tiene como objetivo la caracterización de una serie de materiales compuestos de fibra de vidrio utilizados en el fuselaje de un UAV real operado por el INTA, denominado SCRAB-II.Ítem Restringido Performance analysis of the MEDA's Thermal InfraRed Sensor (TIRS) on board the Mars 2020(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2017-06-23) Sebastián, E.; Pérez, Joel; Bravo, Andrés; Ferrándiz, R.; Fernández, Maite; Rodríguez Manfredi, J. A.; Martínez, G.; Peña, A.; González, David; Moreno, José; De Lucas Veguillas, Javier; Hernández, Pedro; Pérez Grande, I.; Chamorro, Adrián; Ramos, Miguel; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)The Thermal InfraRed Sensor (TIRS), an infrared (IR) radiometer developed at Centro de Astrobiología, is one the sensors that compose the Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) onboard NASA's Mars 2020 mission. It will measure the net thermal infrared radiation, reflected solar radiation at the surface, atmosphere temperature and surface skin brightness temperature using five different channels. The present paper provides a brief description on TIRS design and channels requirements. Then, a detailed presentation of sensor model equations and a sensitivity analysis to model uncertainties are included. Finally, accuracy and resolution calculus for each channel versus operational temperature is presented. The calculus is performed based on sensitivity equations and the estimated values for different uncertainties sources.Publicación Acceso Abierto Using radio astronomical receivers for molecular spectroscopic characterization in astrochemical laboratory simulations: A proof of concept(EDP Science, 2017-12-22) Tanarro, I.; Alemán, Belén; De Vicente, P.; Gallego, J. D.; Pardo, Juan R.; Santoro, G.; Lauwaet, K.; Tercero, Felix; Díaz Pulido, A.; Moreno, E.; Agúndez, Marcelino; Goicoechea, J. R.; Sobrado, J. M.; López, J. A.; Martínez, Lidia; Doménech, Jose Luis; Herrero, V. J.; Hernández, J. M.; Peláez, R. J.; López Pérez, Jose A.; Gómez González, J.; Alonso, J. L.; Jiménez, Elena; Teyssier, D.; Makasheva, Kremena; Castellanos, Marcelo; Joblin, C.; Martín Gago, J. A.; Cernicharo, J.; Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)We present a proof of concept on the coupling of radio astronomical receivers and spectrometers with chemical reactors and the performances of the resulting setup for spectroscopy and chemical simulations in laboratory astrophysics. Several experiments including cold plasma generation and UV photochemistry were performed in a 40 cm long gas cell placed in the beam path of the Aries 40 m radio telescope receivers operating in the 41–49 GHz frequency range interfaced with fast Fourier transform spectrometers providing 2 GHz bandwidth and 38 kHz resolution. The impedance matching of the cell windows has been studied using different materials. The choice of the material and its thickness was critical to obtain a sensitivity identical to that of standard radio astronomical observations. Spectroscopic signals arising from very low partial pressures of CH3OH, CH3CH2OH, HCOOH, OCS, CS, SO2 (<10-3 mbar) were detected in a few seconds. Fast data acquisition was achieved allowing for kinetic measurements in fragmentation experiments using electron impact or UV irradiation. Time evolution of chemical reactions involving OCS, O2 and CS2 was also observed demonstrating that reactive species, such as CS, can be maintained with high abundance in the gas phase during these experiments.Publicación Acceso Abierto Enantiopure distorted ribbon-shaped nanographene combining two-photon absorption-based upconversion and circularly polarized luminescence†(Royal Society of Chemistry (RSC), 2018-03-14) Cruz, C. M.; Márquez, Irene R.; Mariz, I. F. A.; Blanco, V.; Sánchez-Sánchez, C.; Sobrado, J. M.; Martín Gago, J. A.; Cuerva, J. M.; Maçôas, E.; Campaña, A. G.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN); European Research Council (ERC); Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (FCT)Herein we describe a distorted ribbon-shaped nanographene exhibiting unprecedented combination of optical properties in graphene-related materials, namely upconversion based on two-photon absorption (TPA-UC) together with circularly polarized luminescence (CPL). The compound is a graphene molecule of ca. 2 nm length and 1 nm width with edge defects that promote the distortion of the otherwise planar lattice. The edge defects are an aromatic saddle-shaped ketone unit and a [5]carbohelicene moiety. This system is shown to combine two-photon absorption and circularly polarized luminescence and a remarkably long emission lifetime of 21.5 ns. The [5]helicene is responsible for the chiroptical activity while the push–pull geometry and the extended network of sp2 carbons are factors favoring the nonlinear absorption. Electronic structure theoretical calculations support the interpretation of the results.Publicación Acceso Abierto Precisely controlled fabrication, manipulation and in-situ analysis of Cu based nanoparticles(Nature, 2018-05-08) Martínez, Lidia; Lauwaet, K.; Santoro, G.; Sobrado, J. M.; Peláez, R. J.; Herrero, V. J.; Tanarro, I.; Ellis, G. J.; Cernicharo, J.; Joblin, C.; Huttel, Y.; Martín Gago, J. A.; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO); European Commission (EC); Agencia Estatal de Investigación (AEI)The increasing demand for nanostructured materials is mainly motivated by their key role in a wide variety of technologically relevant fields such as biomedicine, green sustainable energy or catalysis. We have succeeded to scale-up a type of gas aggregation source, called a multiple ion cluster source, for the generation of complex, ultra-pure nanoparticles made of different materials. The high production rates achieved (tens of g/day) for this kind of gas aggregation sources, and the inherent ability to control the structure of the nanoparticles in a controlled environment, make this equipment appealing for industrial purposes, a highly coveted aspect since the introduction of this type of sources. Furthermore, our innovative UHV experimental station also includes in-flight manipulation and processing capabilities by annealing, acceleration, or interaction with background gases along with in-situ characterization of the clusters and nanoparticles fabricated. As an example to demonstrate some of the capabilities of this new equipment, herein we present the fabrication of copper nanoparticles and their processing, including the controlled oxidation (from Cu0 to CuO through Cu2O, and their mixtures) at different stages in the machine.Ítem Acceso Abierto Fluorescence microscopy for the in situ study of the Iberian pyrite belt subsurface geomicrobiology(Universidad Autónoma de Madrid, 2018-05-11) Escudero, C.The subsurface is considered as an extreme environment characterized by a continuous darkness, anaerobiosis and oligotrophy where there is barely space for life. Despite the hostile conditions presented by the system, numerous studies have shown that life in the subsurface is diverse and is maintained by low energy anaerobic processes that, at first, are supported by the mineral geochemistry of the system. However, due to the difficulty of both sampling and analysis, our understanding of the functioning of these ecosystems is very limited. The Iberian Pyrite Belt Subsurface Life (IPBSL) project and its predecessor, the Mars Astrobiology Research and Technology Experiment (MARTE) project, are drilling projects carried out for the characterization of the underground ecosystem of the Iberian Pyrite Belt (IPB), responsible for the peculiarities that the Río Tinto presents. Both projects have been developed by interdisciplinary teams and multiple complementary techniques have been applied to study the geomicrobiology of the IPB. Within the methodologies used for the study of the IPB subsurface microbiology, stands out Fluorescent in situ Hybridization (FISH), which allows not only to identify microorganisms but to analyze their distribution in the solid rock matrix. Throughout this thesis, within the framework of the IPBSL project, the biodiversity of samples from drilling cores along borehole BH10 (613 meters below surface) has been characterized by means of several fluorescence microscopy techniques. To this end, new species specific probes have been designed, which have been used together with probes already described for the study of the biodiversity distribution in the IPB subsurface through CAtalized Reporter Deposition fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH). In addition, the presence of biofilms in native samples of the subsurface has been analyzed thanks to the use of fluorescent lectins and specific stains of DNA, lipids and proteins, as well as the optimization of the double labeling of oligonucleotide probes for fluorescence in situ hybridization (DOPE-FISH) protocol. On the other hand, the correlation between fluorescence microscopy and confocal Raman microscopy (CRM) allowed an in situ study of the microorganism-mineral interaction in these samples. Finally, the role of nitrate-reducing microorganisms, which are the most abundant in the IPB subsurface, has been analyzed. Our results indicate that life in the IPB subsurface is diverse and is widely distributed along the BH10 column. The microorganisms that inhabit this environment live forming part of multi-species biofilms and are able, in principle, to survive thanks to metabolic interactions through which they can maximize the obtaining of energy and the biogeochemical cycles in the IPB subsurface can be maintained. In addition, mineralogy influences the distribution of life in the system, highlighting the nitrate-reducing microorganisms, which are candidates for the dissolution of metal sulfides in these anaerobic environment and, therefore, the high concentration of iron found in the Río Tinto basin.Publicación Restringido Modelling the kinetics and structural property evolution of a versatile reaction: aqueous HCN polymerization(Royal Society of Chemistry (RSC), 2018-05-29) Fernández, Amparo; Ruiz Bermejo, Marta; De la Fuente, J. L.; Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO); Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)The kinetics of the reaction of the synthesis of HCN polymers in aqueous medium at high temperatures have been analysed to ascertain a suitable model for this material, for which it was recently demonstrated that prebiotic chemistry may now be adapted in the development of a new generation of high performance coatings and adhesives with biomedical applications. These experimental conditions were chosen for the simplicity of the reagents, being particularly convenient in regard to potential industrial scale-up of coating technology, where these polymers have revealed an interesting field of application. The kinetics of the precipitation polymerization of HCN in water were studied under isothermal conditions at four different temperatures between 75 °C and 90 °C throughout gravimetric measurements. The use of the Kamal–Sourour autocatalytic kinetic model was proposed, properly describing the overall formation process of this insoluble HCN polymer. All of the kinetic parameters, including reaction orders, kinetic constants and activation energy, were determined for the cross-linking polymerization reaction under study, and a relevant autocatalysis effect was observed. An isoconversion method was also used to analyse the variation of the global activation energy with conversion; and characterization by means of elemental analysis, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM) was carried out. This study demonstrates the autocatalytic, robust and straightforward character of this heterogeneous aqueous HCN polymerization, and to the best of our knowledge, this report describes the first time that a systematic and extended kinetic analysis has been conducted to obtain a more comprehensive and deeper understanding of this complex reaction, which is of great interest to the origin of life and, currently, to materials science.Publicación Restringido Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations(Science, 2018-06-08) Webster, Christopher R.; Mahaffy, Paul R.; Atreya, Sushil K.; Moores, John E.; Flesch, Gregory J.; Malespin, Charles A.; McKay, Christopher P.; Martínez, Germán M.; Smith, Christina L.; Martín Torres, Javier; Gómez Elvira, J.; Paz Zorzano, M.; Wong, Michael H.; Trainer, Melissa G.; Steele, Andrew; Archer, Doug; Sutter, Brad; Coll, Patrice J.; Freissinet, Caroline; Meslin, Pierre-Yves; Gough, Raina V.; House, Christopher H.; Pavlov, Alexander; Eigenbrode, Jennifer L.; Glavin, Daniel P.; Pearson, John C.; Keymeulen, Didier; Christensen, Lance E.; Schwenzer, Susanne P.; Navarro González, R.; Pla García, J.; Rafkin, Scot C. R.; Vicente Retortillo, Álvaro; Kahanpää, H.; Viúdez Moreiras, Daniel; Smith, Michael D.; Harri, Ari-Matti; Genzer, María; Hassler, Donald M.; Lemmon, M. T.; Crisp, Joy; Sander, Stanley P.; Zurek, Richard W.; Vasavada, Ashwin R.; National Aeronautics and Space Administration (NASA)Variable levels of methane in the martian atmosphere have eluded explanation partly because the measurements are not repeatable in time or location. We report in situ measurements at Gale crater made over a 5-year period by the Tunable Laser Spectrometer on the Curiosity rover. The background levels of methane have a mean value 0.41 ± 0.16 parts per billion by volume (ppbv) (95% confidence interval) and exhibit a strong, repeatable seasonal variation (0.24 to 0.65 ppbv). This variation is greater than that predicted from either ultraviolet degradation of impact-delivered organics on the surface or from the annual surface pressure cycle. The large seasonal variation in the background and occurrences of higher temporary spikes (~7 ppbv) are consistent with small localized sources of methane released from martian surface or subsurface reservoirs.Publicación Acceso Abierto Lucky Spectroscopy, an equivalent technique to Lucky Imaging Spatially resolved spectroscopy of massive close visual binaries using the William Herschel Telescope(EDP Sciences, 2018-07-01) Maíz Apellániz, J.; Barbá, R. H.; Simón Díaz, S.; Sota, A.; Trigueros Páez, E.; Caballero, J. A.; Alfaro, Emilio J.; Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO); Agencia Estatal de Investigación (AEI); Maíz Apellániz, J. [0000-0003-0825-3443]; Barbá, R. H. [0000-0003-1086-1579]; Simón Díaz, S. [0000-0003-1168-3524]; Trigueros Páez, E. [0000-0001-6770-1977]Context. Many massive stars have nearby companions whose presence hamper their characterization through spectroscopy. Aims. We want to obtain spatially resolved spectroscopy of close massive visual binaries to derive their spectral types. Methods. We obtained a large number of short long-slit spectroscopic exposures of five close binaries under good seeing conditions. We selected those with the best characteristics, extracted the spectra using multiple-profile fitting, and combined the results to derive spatially separated spectra. Results. We demonstrate the usefulness of Lucky Spectroscopy by presenting the spatially resolved spectra of the components of each system, in two cases with separations of only ~0.′′3. Those are δ Ori Aa+Ab (resolved in the optical for the first time) and σ Ori AaAb+B (first time ever resolved). We also spatially resolve 15 Mon AaAb+B, ζ Ori AaAb+B (both previously resolved with GOSSS, the Galactic O-Star Spectroscopic Survey), and η Ori AaAb+B, a system with two spectroscopic B+B binaries and a fifth visual component. The systems have in common that they are composed of an inner pair of slow rotators orbited by one or more fast rotators, a characteristic that could have consequences for the theories of massive star formation.Ítem Restringido Gas Clathrate Hydrates under extreme conditions(Universidad de Oviedo, 2018-07-04) Izquierdo Ruiz, F.Este documento contiene el informe científico resultante después de más de cuatro años de investigación teórica y experimental sobre un tipo particular de sistemas físico-químicos llamados clatratos hidratos de gas. Estos sistemas son compuestos de inclusión constituidos por un armazón tridimensional de agua que aloja en sus cavidades moléculas de gas con momentos dipolares bajos. Los clatratos hidratos de gas son muy importantes en una gran variedad de campos científicos relacionados con las ciencias de la vida o la planetología, y también se consideran como uno de los principales recursos naturales para la industria energética. Por lo general, los clatratos hidratos de gas necesitan alta presión y baja temperatura para ser termodinámicamente estables. Dependiendo de estas condiciones, se han detectado diferentes fases siendo las más comunes las estructuras cúbicas $sI$ y $sII$, hexagonal $sH$ y la estructura ortorrómbica de hielo relleno (FIS). Nuestro estudio ha avanzado sustancialmente en el conocimiento del comportamiento de los clatratos hidratos de metano y dióxido de carbono en diferentes condiciones de presión y temperatura, proporcionando (i) regiones termodinámicas de estabilidad, (ii) la caracterización de una estructura de alta presión controvertida y (iii) un nuevo equipo experimental para mediciones Raman en un rango de presión de hasta 1 GPa. En cuanto al frente teórico y computacional, nuestras simulaciones se llevaron a cabo en primer lugar en las fases cúbicas $sI$ de baja presión de los hidratos de CH$_4$ y CO$_2$. El armazón de agua presenta dos tipos diferentes de jaulas en esta estructura $sI$ cúbica. Una pequeña, 5$^{12}$ o P, que tiene doce caras pentagonales, y una grande, 5$^{12}$6$^{2}$ o H, que muestra además dos caras hexagonales. Todos los cálculos se realizaron en el marco de la aproximación DFT utilizando modelos periódicos y de cluster finitos. Estos últimos solo fueron elegidos para abordar el estudio de las propiedades vibracionales debido al gran número de átomos en la celda unidad (cuarenta y seis moléculas de agua más los átomos de las moléculas de gas). Las débiles interacciones huésped-anfitrión son esenciales en estos sistemas y se han contabilizado utilizando el llamado método XDM, una metodología bien probada desarrollada en parte por un ex miembro de nuestro grupo. Debido al papel clave que desempeñan estas interacciones no covalentes (NCI) en la cohesión de los clatratos hidratos de gas, se han llevado a cabo cálculos específicos que describen e ilustran la dependencia de las NCI con el tipo de cavidad, la molécula de gas y la presión. Las moléculas huésped de metano y dióxido de carbono proporcionan estabilidad al clatrato de agua vacía, que de otro modo sería inestable, y se comportan más o menos igual o de un modo diferente dependiendo de la propiedad bajo estudio. Por ejemplo, la saturación total de la celda unidad de clatrato con moléculas CH$_4$ o CO$_2$ libera una cantidad similar de energía (alrededor de 47 kcal/mol). Sin embargo, mientras el CH$_4$ rota libremente en ambas cavidades de la estructura $sI$ sin ninguna preferencia energética, nuestros cálculos ilustran la anisotropía estructural de la fase $sI$-CO$_2$@H$_2$O con una preferencia energética por la jaula H, donde las moléculas de CO$_2$ están restringidas para moverse en un plano paralelo a las caras hexagonales similares a tapas o cubiertas. La frecuencia del modo de libración (alrededor de 45 cm$^{-1}$) perpendicular a este plano se propone como una característica genuina que podría ayudar en la identificación de hidratos de dióxido de carbono en ambientes planetarios. La ecuaciones de estado (EOS) de los clatratos $sI$-CH$_4$@H$_2$O y $sI$-CO$_2$@H$_2$O se han determinado y analizado a nivel molecular en términos de las EOS particulares de las jaulas P y H. Nuestra investigación se ha centrado más en el sistema de dióxido de carbono (menos estudiado), evaluando índices anisotrópicos y de distorsión que están de acuerdo con los estudios experimentales elásticos y estructurales. Las densidades provenientes de las EOS calculadas proporcionan información valiosa para los modelos planetarios y se han evaluado con diferentes grados de ocupación de las jaulas. Específicamente, hemos obtenido que el clatrato de dióxido de carbono totalmente ocupado (saturado) tiene una densidad próxima a la fase V de hielo de agua. En un segundo paso de nuestra investigación, hemos realizado un estudio computacional de las fases potenciales de alta presión para el hidrato CO$_2$@H$_2$O. En base a los datos experimentales y teóricos previos en este y sistemas similares, seleccionamos tres estructuras candidatas y examinamos su estabilidad con respecto a cada una de ellas y con respecto a la fase de baja presión $sI$ a medida que se aplica presión. Pudimos identificar una estructura termodinámicamente estable con dos moléculas de CO$_2$ a presiones superiores a 0.6 GPa que llamamos de no clatrato porque en lugar de jaulas presenta canales helicoidales con moléculas de dióxido de carbono que se mueven casi libremente a través de ellas. La única restricción es la orientación de su eje internuclear que sigue la simetría helicoidal. Este es un resultado relevante que confirma y amplía la caracterización experimental de esta fase de alta presión. Su relevancia radica en la posible existencia de esta fase de hidrato en objetos planetarios que presentan altas condiciones de habitabilidad. En cuanto a nuestra contribución experimental, debemos destacar el diseño de una nueva cámara de alta presión (VHPPC, Very High Pressure Planetological Chamber), junto con el establecimiento de un protocolo bien contrastado para llevar a cabo experimentos sencillos. La VHPPC puede alcanzar presiones de 1 GPa a bajas temperaturas. Esta cámara está construida con componentes disponibles comercialmente. Está equipada con una ventana de zafiro que permite la medición de los espectros Raman a lo largo de todos los experimentos. Una de las principales ventajas de esta VHPPC es la capacidad de controlar la presión con una precisión alta. Las pruebas de estrés se llevaron a cabo en agua pura como sistema sencillo. El uso de este sistema minimiza posibles fuentes de error. Con estas pruebas pudimos demostrar que la VHPPC puede soportar las condiciones termodinámicas de nuestros experimentos, permitiendo tomar datos espectroscópicos a través de todo el rango de presiones y temperaturas de nuestros estudios experimentales. El desarrollo y disponibilidad de este equipo nos permite hacer un seguimiento del proceso de formación de clatratos de gas a partir de mezclas de H$_2$O-CO$_2$ en rangos de temperatura alrededor de 273 K y presiones de hasta 1 GPa. Llevamos a cabo mediciones de Raman como nuestro método espectroscópico de detección. Estos experimentos han demostrado que podemos detectar y estudiar la fase de baja presión, sI, del hidrato de clatrato de CO$_2$@H$_2$O entre 3 MPa y 0.7 GPa a una temperatura alrededor de 273 K. Observamos que en el doblete de Fermi de las moléculas de CO$_2$ no se ve afectado por la presión en este rango termodinámico. Después de las pruebas experimentales de la nueva VHPPC, podemos concluir que es adecuada para el estudio de clatratos en altas presiones, pudiendo simular las condiciones del fondo oceánico de Ganímedes. Sin embargo, es necesario más trabajo con la cámara para evaluar por completo que en condiciones de baja temperatura y alta presión, la cámara no sufre fugas ni despresurizaciones. No pudimos detectar la transición del sistema a la fase de alta presión del hidrato de CO$_2$@H$_2$O. Principalmente debido a la metaestabilidad de los sistemas que se pueden formar con esta mezcla y la formación de hielo de agua VI, que evita mayores aumentos del valor de la presión. Esta cuestión permanece abierta para un estudio posterior a esta Tesis Doctoral. Consideramos dos tipos de mejoras metodológicas compatibles con el nuevo equipo. Uno afecta el procedimiento experimental, el otro implica una ligera modificación del equipo. El primero es la estabilización de la presión de la cámara a alta presión durante largos períodos de tiempo para permitir que el sistema evolucione hacia productos que puedan estar cinéticamente impedidos. En cuanto a mejora de equipamiento se propone el uso de aceite como medio de transmisión de presión. Este aceite no se congela en las condiciones experimentales de la VHPPC. La muestra compuesta de agua y CO$_2$ se aislaría de este aceite a través de un pistón que pasaría por el interior de la tubería.Publicación Acceso Abierto Detecting Nonvolatile Life- and Nonlife-Derived Organics in a Carbonaceous Chondrite Analogue with a New Multiplex Immunoassay and Its Relevance for Planetary Exploration(Mary Ann Liebert, 2018-08-01) Parro García, V.; Moreno Paz, M.; Gómez Cifuentes, Ana; Ruiz Bermejo, Marta; Hofstetter, Oliver; Maquieira, Ángel; Manchado, J. M.; Morais, Sergi; Sephton, Mark A.; Niessner, Reinhard; Knopp, Dietmar; Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA); Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)Potential martian molecular targets include those supplied by meteoritic carbonaceous chondrites such as amino acids and polycyclic aromatic hydrocarbons and true biomarkers stemming from any hypothetical martian biota (organic architectures that can be directly related to once-living organisms). Heat extraction and pyrolysis-based methods currently used in planetary exploration are highly aggressive and very often modify the target molecules, making their identification a cumbersome task. We have developed and validated a mild, nondestructive, multiplex inhibitory microarray immunoassay and demonstrated its implementation in the SOLID (Signs of Life Detector) instrument for simultaneous detection of several nonvolatile life- and nonlife-derived organic molecules relevant in planetary exploration and environmental monitoring. By utilizing a set of highly specific antibodies that recognize D- or L-aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), benzo[a]pyrene (B[a]P), pentachlorophenol, and sulfone-containing aromatic compounds, respectively, the assay was validated in the SOLID instrument for the analysis of carbon-rich samples used as analogues of the organic material in carbonaceous chondrites or even Mars samples. Most of the antibodies enabled sensitivities at the 1–10 ppb level and some even at the part-per-trillion level. The multiplex immunoassay allowed the detection of B[a]P as well as aromatic sulfones in a water/methanol extract of an Early Cretaceous lignite sample (ca. 140 Ma) representing type IV kerogen. No L- or D-aromatic amino acids were detected, reflecting the advanced diagenetic stage and the fossil nature of the sample. The results demonstrate the ability of the liquid extraction by ultrasonication and the versatility of the multiplex inhibitory immunoassays in the SOLID instrument to discriminate between organic matter derived from life and nonlife processes, an essential step toward life detection outside Earth.Publicación Restringido Observatory science with eXTP(Springer Link, 2018-08-30) Zand, J. J. M.; Bozzo, Enrico; Qu, J.; Li, X. D.; Amati, L.; Chen, Y.; Donnarumma, I.; Doroshenko, V.; Drake, S. A.; Hernanz, M.; Jenke, P. A.; Reig, P.; Braga, J.; Lu., F.; Zhou, P.; Campana, R.; Lutovinov, A. A.; Fraschetti, F.; Sakamoto, T.; Mehdipour, M.; Baglio, C.; Chambers, F.; Men, Y.; Galloway, D. K.; Salvaterra, R.; Miller, M. C.; Bhattacharyya, S.; Miniutti, Giovanni; Gambino, A. F.; Santagelo, A.; Neubert, T.; Longo, Francesco; O´Brien, P. T.; Gandhi, P.; Schanne, S.; Pacciani, L.; Liang, E. W.; Ge, M.; Shao, L.; Paul, B.; Kunneriath, D.; Gendre, B.; Shore, Steven; De Martino, D.; Kuiper, L.; Gill, R.; Rossi, E. M.; Kreykenbohm, I.; Götz, D.; Wu, X.; Komossa, S.; Gouiffès, C.; Linares, M.; Keek, L.; Malzac, J.; Li, G.; Kawai, N.; McHardy, I.; Kargaltsev, O.; Mikusincova, R.; Kalemci, E.; Nardini, E.; Kaastra, J. S.; Osborne, Julian P.; José, J.; Papadakis, L. E.; Jonker, P. G.; Manousakis, A.; Mignani, R. P.; Nättilä, J.; Orlandini, M.; Paolillo, M.; Peretz, U.; Prescod Weinstein, C.; Rodríguez, J.; Rózanska, A.; De Rosa, A.; Vink, J. S.; Wang, J. J.; Wang, J. F.; Watts, A. L.; Weng, S.; Weinberg, N. N.; Wheatley, Peter; Wijnands, R.; Woods, T. E.; Woosley, S. E.; Suleimanov, V. F.; Strohmayer, T. E.; Stappers, B. W.; Shearer, A.; Schatz, H.; Savolainen, T.; Sanna, A.; Salmi, T.; Romano, P.; Riggio, A.; Perinati, E.; Ciolfi, R.; Pellizzoni, A.; Chenevez, J.; Paltani, Stéphane; Tauris, T. M.; Méndez, M.; Pérez Torres, Miguel; Wilms, J.; Svoboda, J.; D´aì, A.; Atteia, J. L.; Motch, C.; Andersson, N. A.; Thielemann, F. K.; D´Ammando, F.; Behar, E.; Mahmoodifar, S.; Belloni, T.; Tombesi, F.; Degenaar, N.; Blay, P.; Zingale, M.; Torres, D. F.; D´Elia, V.; Bucciantini, N.; Zhang, S.; Torresi, E.; Doyle, G.; Campana, S.; Zhang, S. N.; Turriziani, S.; Fan, X.; Zdziarski, A. A.; Vacchi, A.; Malyshev, D.; Zane, S.; Vercellone, S.; Maccarone, Thomas J.; Zampieri, L.; Rowlinson, A.; Zhang, X.; Yuan, F.; Stratta, G.; Yu, W.; Altamirano, D.; Younes, G.; Baykal, A.; Yan, Z.; Bilous, A.; Xu, Y.; Brown, E. F.; Xiong, S. L.; Sala, G.; Agudo, I.; Ballantyne, D. R.; Bianchi, S.; Brandt, S.; Cackett, E. M.; Cavecchi, Y.; Chen, Y. P.; Jin, C. C.; Cumming, A.; Grandi, P.; Granot, J.; Güdel, M.; Heger, A.; Heinke, C. O.; Homan, J.; Iaria, R.; Iwasawa, K.; Izzo, L.; Ji, L.; Feroci, M.; Ferdman, R. D.; Falanga, M.; Di Salvo, T.; Del Santo, M.; De Pasquale, M.; Dai, Z. G.; Constantin, E.; Chernyakova, M.; Chen, L.; Casella, P.; Rodríguez Gil, P.; Burderi, L.; Rodríguez Huelves, Juan; National Natural Science Foundation of China (NSFC); European Research Council (ERC); National Aeronautics and Space Administration (NASA); Agencia Estatal de Investigación (AEI); Royal Society; Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences; European Research Council (ERC); National Science Centre, Poland (NCN); Unidad de Excelencia Científica María de Maeztu Instituto de Ciencias del Cosmos (ICCUB), MDM-2014-0369In this White Paper we present the potential of the enhanced X-ray Timing and Polarimetry (eXTP) mission for studies related to Observatory Science targets. These include flaring stars, supernova remnants, accreting white dwarfs, low and high mass X-ray binaries, radio quiet and radio loud active galactic nuclei, tidal disruption events, and gamma-ray bursts. eXTP will be excellently suited to study one common aspect of these objects: their often transient nature. Developed by an international Consortium led by the Institute of High Energy Physics of the Chinese Academy of Science, the eXTP mission is expected to be launched in the mid 2020s.Publicación Acceso Abierto Viable cyanobacteria in the deep continental subsurface(National Academy of Sciences (U.S.), 2018-10-01) Puente Sánchez, Fernando; Arce Rodríguez, Alejandro; Oggerin, Monike; García Villadangos, M.; Moreno Paz, M.; Blanco, Yolanda; Rodríguez, N.; Bird, Laurence; Lincoln, Sara A.; Tornos, Fernando; Prieto Ballesteros, O.; Freeman, Katherine H.; Pieper, Dietmar H.; Timmis, Kenneth N.; Amils Pibernat, R.; Parro García, V.; Rodríguez Rivas, Noé; Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO); Agencia Estatal de Investigación (AEI); European Research Council (ERC)Cyanobacteria are ecologically versatile microorganisms inhabiting most environments, ranging from marine systems to arid deserts. Although they possess several pathways for light-independent energy generation, until now their ecological range appeared to be restricted to environments with at least occasional exposure to sunlight. Here we present molecular, microscopic, and metagenomic evidence that cyanobacteria predominate in deep subsurface rock samples from the Iberian Pyrite Belt Mars analog (southwestern Spain). Metagenomics showed the potential for a hydrogen-based lithoautotrophic cyanobacterial metabolism. Collectively, our results suggest that they may play an important role as primary producers within the deep-Earth biosphere. Our description of this previously unknown ecological niche for cyanobacteria paves the way for models on their origin and evolution, as well as on their potential presence in current or primitive biospheres in other planetary bodies, and on the extant, primitive, and putative extraterrestrial biospheres.
