Astrobiology has matured into a rigorous, interdisciplinary science, driven by empirical research and propelled by ongoing exploration of the Solar System. Within this expanding landscape of discovery, this thesis aims to contribute to one of the many lines of inquiry that inform the broader question of whether life exists, or has ever existed, beyond Earth. The goal of this work is to advance our understanding of lipid biomarkers in astrobiology. These molecules are uniquely suited for life detection due to their ubiquity as integral components of the cell membrane, but also due to their recalcitrant hydrocarbon backbones, which confer high structural integrity relative to other biomarkers, like nucleicacids and peptides. These advantageous properties, particularly the latter, are explored over four case studies that focus on the preservation and degradation of lipid molecules under Mars-relevant conditions. Therefore, through four chapters spanning a lipid-based paleoenvironmental reconstruction, a review of molecular taphonomy, experimental simulations of cosmic radiation, and microbial cultures in Mars-analogue conditions, this thesis offers a multidimensional examination of lipid biomarkers in astrobiological contexts. The work first establishes the diagnostic potential of lipids in a polar lacustrine system, where their molecular and isotopic signatures captured key ecological transitions and revealed insights into the lake’s biogeochemical and paleoenvironmental evolution. This has implications for interpreting similar processes in ancient Martian paleolakes. It then investigates lipid alteration during early diagenesis in a high-altitude hypersaline lake on a Andean environment resembling Noachian conditions, identifying structural and isotopic traits that persist across a biological-to-geological transition represented by samples spanning a gradient of lithification. Complementing this, laboratory experiments simulating cosmic radiation over millions of years on the Martian surface were designed to assess the resilience of various structurally diverse lipid-like organics under exogenous alteration factors. This revealed degradation pathways, by-product formation, and helped identify structural configurations likely to survive in the subsurface of Mars. Finally, microbial cultures grown under chemically austere, Mars-analogue conditions suggest adaptive membrane remodeling, offering preliminary insights into plausible early Martian membrane architectures. Together, these studies converge to strengthen the case for lipids as durable and informative biomarkers for the search for extant or extinct life on Mars. This thesis thus contributes to refining biomarker selection criteria for planetary exploration and affirms the relevance of lipid-based strategies in ongoing astrobiological research.
Para apoyar la creciente cantidad de iniciativas destinadas a abordar la cuestión de la existencia de vida más allá de la Tierra, esta tesis se centra en la utilización de herramientas moleculares de gran valor diagnóstico para la biología – los lípidos – debido a dos de sus propiedades clave. Primero, los lípidos componen las membranas celulares de la Tierra, lo que significa que son biomarcadores universales de la vida tal y como la conocemos. Segundo, son moléculas químicamente resistentes. Su resiliencia, en comparación con otras biomoléculas, los convierte en candidatos idóneos para su conservación a largo plazo en entornos hostiles tales como la superficie de Marte. Por ello, esta tesis pone el foco en la preservación y degradación de los lípidos en distintas condiciones extremas para entender su tafonomía y avanzar en la detección de posibles restos de vida extraterrestre. Esta tesis se estructura en torno a cuatro estudios organizados por capítulos. Primero, examina los lípidos en un entorno lacustre polar, demostrando su utilidad para elucidar la historia del lago y revelar variaciones ecológicas y ambientales pasadas. Las metodologías empleadas, junto con los resultados, pueden ser relevantes para la presente y futura investigación de Marte, donde ya se han identificado antiquísimas cuencas lacustres (3000-4000 millones de años). A continuación, la tesis explora la alteración y conservación de los lípidos en un lago salino del Altiplano andino, ambiente reconocido por sus similitudes con Marte, identificando características estructurales de los lípidos que resisten el paso del tiempo a medida que el material biológico se fosiliza hasta formar parte del registro geológico. En esta misma línea, el trabajo transita hacia experimentos de laboratorio que, mediante el uso de rayos gamma, simulan el entorno de radiación en la superficie de Marte, así como sus efectos sobre compuestos orgánicos de carácter lipídico. Estos ensayos tienen como objetivo descifrar no solo cómo se degradan los lípidos y qué productos moleculares producen, sino también qué estructuras son más propensas a perdurar. Por último, se examina el crecimiento de dos especies bacterianas en un medio de cultivo que simula las condiciones primitivas de Marte. Esto proporciona información preliminar sobre la posible composición de las membranas de una hipotética vida microscópica marciana que pudo haber existido hace miles de millones de años. En conjunto, este trabajo ilustra y refuerza el valor de los lípidos como biomarcadores en la búsqueda de vida extraterrestre. Al entender el valor diagnóstico de estas moléculas, sus mecanismos de preservación y sus vías de descomposición, esta tesis resalta la relevancia de las estrategias basadas en la búsqueda e identificación de lípidos en Marte.
