Il carbonio è fondamentale per la vita, per quanto ne sappiamo. Quindi ogni volta che rileviamo una forte impronta di carbonio da qualche parte come Marte, potrebbe indicare un’attività biologica.

Il forte segnale di carbonio nelle rocce marziane indica processi biologici di qualche tipo?

Qualsiasi forte segnale di carbonio è interessante quando stai cercando la vita. È una componente comune di tutta la vita come la conosciamo. Ma ci sono diversi tipi di carbonio e il carbonio può essere concentrato nell’ambiente per altri motivi. Non significa automaticamente che la vita sia coinvolta nell’impronta di carbonio.

Gli atomi di carbonio hanno sempre sei protoni, ma il numero di neutroni può variare. Gli atomi di carbonio con diverso numero di neutroni sono chiamati isotopi. Esistono naturalmente tre isotopi del carbonio: C12 e C13, che sono isotopi stabili, e C14, che sono radionuclidi. C12 contiene sei neutroni, C13 contiene sette neutroni e C14 contiene otto neutroni.

Quando si tratta di isotopi di carbonio, la vita preferisce il C12. Lo usano nella fotosintesi o per metabolizzare il cibo. Il motivo è relativamente semplice. C12 ha un neutrone in meno di C13, il che significa che quando si lega con altri atomi nelle molecole, crea meno connessioni di C13 nella stessa posizione. La vita è fondamentalmente pigra e ti impegnerai sempre per il modo più semplice di fare le cose. C12 è più facile da usare perché forma meno legami di C13. È più facile arrivare a C13 e la vita non prende mai la strada difficile quando è disponibile una strada più semplice.

La curiosità è al lavoro nel cratere Gale di Marte, alla ricerca di segni di vita. Scava le rocce, estrae un campione polverizzato e lo mette nel laboratorio di chimica di bordo. Il Curiosity Laboratory si chiama SAM, che sta per Analisi del campione su Marte. All’interno del SAM, il rover utilizza la pirolisi per cuocere il campione e convertire il carbonio nella roccia in metano. La pirolisi viene eseguita in un flusso di elio inerte per prevenire qualsiasi contaminazione nel processo. Quindi esplora il gas con uno strumento chiamato spettrometro laser sintonizzabile Per scoprire gli isotopi di carbonio presenti nel metano.

Il team dietro il sistema SAM Curiosity ha esaminato 24 campioni di roccia in questo processo e ha recentemente scoperto qualcosa di degno di nota. Sei dei campioni hanno mostrato livelli elevati di C12 a C13. Rispetto allo standard di riferimento terrestre per i rapporti C12/C13, i campioni di questi sei siti contenevano più di 70 parti per mille di C12. Sulla Terra, il 98,93% del carbonio è C12 Terra e C13 costituisce il restante 1,07%.

Un nuovo studio pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences (PNAS) presenta i risultati. Il suo titolo èComposizioni di isotopi di carbonio impoverito sono state osservate nel cratere Gale, Marte.L’autore principale è Christopher House, uno scienziato della curiosità della Penn State University.

È una scoperta entusiasmante e, se questi risultati fossero ottenuti sulla Terra, indicherebbero che un processo biologico ha prodotto un’abbondanza di C12.

Sulla Terra antica, i batteri pelagici producevano metano come sottoprodotto. Sono chiamati metanogeni, che sono procarioti del dominio Archaea. I metanogeni si trovano ancora oggi sulla Terra, nelle zone umide a basso contenuto di ossigeno, nel tratto digerente dei ruminanti e in ambienti difficili come le sorgenti termali.

Questi batteri producono metano, che entra nell’atmosfera e reagisce con la luce ultravioletta. Queste interazioni producono molecole più complesse che cadono sulla superficie terrestre. Sono stati conservati nelle rocce della Terra insieme alle loro impronte di carbonio. La stessa cosa potrebbe essere accaduta su Marte e, se così fosse, potrebbe spiegare le scoperte di Curiosity.

Ma questo è Marte. Se la storia della ricerca della vita su Marte ci dice qualcosa, non è che dobbiamo anticipare noi stessi.

“Stiamo trovando cose interessanti su Marte, ma abbiamo davvero bisogno di più prove per dire che abbiamo identificato la vita”, ha detto Paul Mahaffey, un ex ricercatore principale che ha analizzato i campioni di Curiosity al Mars Laboratory. “Quindi stiamo esaminando quale potrebbe essere stata la causa della firma del carbonio che stiamo vedendo, se non la vita”.

Nel loro articolo, gli autori hanno scritto: “Ci sono molteplici spiegazioni plausibili per coloro che sono anormalmente esauriti ¹³C si osserva nel metano in evoluzione, ma nessuna singola spiegazione può essere accettata senza ulteriori ricerche. “

Una difficoltà nella comprensione di impronte di carbonio come queste è il cosiddetto ground bias. La maggior parte di ciò che gli scienziati sanno sulla chimica dell’atmosfera e cose correlate si basa sulla Terra. Quindi, quando si tratta della firma del carbonio appena scoperta su Marte, gli scienziati possono trovare difficile mantenere le loro menti aperte a nuove possibilità che potrebbero non esistere su Marte. Ce lo dice la storia della ricerca della vita su Marte.

L’astrobiologo Goddard Jennifer L. Eigenbrod, che è stata coinvolta nello studio del carbonio, ha detto. In precedenza, Eigenbrode ha guidato un team internazionale di scienziati di Curiosity alla scoperta di innumerevoli molecole organiche – contenenti carbonio – sulla superficie di Marte.

“Dobbiamo aprire le nostre menti e pensare fuori dagli schemi, ed è quello che fa questo documento”, ha detto Eigenbrod.

I ricercatori hanno citato due spiegazioni non biologiche per l’insolita firma di carbonio nel loro articolo. Uno di questi riguarda le nubi molecolari.

L’ipotesi della nuvola molecolare afferma che il nostro sistema solare è passato attraverso una nuvola molecolare centinaia di milioni di anni fa. Questo è un evento raro, ma si verifica una volta ogni 100 milioni di anni, quindi gli scienziati non possono escluderlo. Le nubi molecolari sono principalmente idrogeno molecolare, ma una potrebbe essere ricca del tipo più leggero di carbonio Curiosity scoperto nel cratere Gale. La nuvola potrebbe aver raffreddato in modo significativo Marte, causando la glaciazione in questo scenario. Il raffreddamento e la formazione di ghiaccio impedivano al carbonio più leggero nelle nubi molecolari di mescolarsi con l’altro carbonio di Marte, creando depositi di anidride carbonica elevata. Il documento afferma che “lo scioglimento glaciale durante il periodo glaciale e il successivo ritiro del ghiaccio dovrebbero lasciare particelle di polvere interstellare sulla superficie geomorfologica”.

L’ipotesi si adatta poiché Curiosity ha trovato alcuni alti livelli di C12 in cima alla cresta – come la Vera Rubin Ridge – e altri punti alti del Cratere Gale. I campioni sono stati raccolti da “… una varietà di rocce (argilla, sabbia e arenaria) e sono stati distribuiti provvisoriamente durante le operazioni della missione fino ad oggi”, afferma il giornale. Tuttavia, l’ipotesi della nuvola molecolare è un’improbabile catena di eventi.

Un’altra ipotesi non biologica riguarda la luce ultravioletta. L’atmosfera marziana contiene più del 95% di anidride carbonica e, in questo scenario, la luce UV può reagire con il gas di anidride carbonica nell’atmosfera marziana dando luogo a nuove particelle contenenti carbonio. Le particelle sarebbero piovute su Marte e sarebbero diventate parte delle rocce lì. Questa ipotesi è simile a come i metanogeni producono indirettamente C12 sulla Terra, ma è completamente abiotica.

“Tutte e tre le spiegazioni si adattano ai dati”, ha detto l’autore principale Christopher House. “Abbiamo semplicemente bisogno di più dati per escluderli o escluderli”.

“Sulla Terra, i processi che producono il segnale di carbonio che rileviamo su Marte sono processi biologici”, ha aggiunto House. “Dobbiamo capire se la stessa spiegazione funziona per Marte o se ci sono altre spiegazioni perché Marte è completamente diverso”.

Circa la metà dei campioni di Curiosity conteneva livelli inaspettatamente alti di C12. Non solo è superiore alla proporzione della Terra; È superiore a quello che gli scienziati hanno trovato nei meteoriti marziani e nell’atmosfera marziana. I campioni provenivano da cinque siti a Gale Crater, e tutti i siti avevano una cosa in comune: avevano antichi tetti ben conservati.

Come ha detto Paul Mahaffy, i risultati sono “incredibilmente intriganti”. Ma gli scienziati stanno ancora imparando a conoscere il ciclo del carbonio su Marte e non sappiamo ancora molto. Si è tentati di fare ipotesi sul ciclo del carbonio su Marte sulla base del ciclo del carbonio sulla Terra. Ma il carbonio potrebbe circolare attraverso Marte in modi che non abbiamo ancora immaginato. Se questa firma di carbonio sia o meno in definitiva un segno di vita è ancora una conoscenza preziosa quando si tratta di comprendere la firma di carbonio di Marte.

“Definire il ciclo del carbonio su Marte è assolutamente fondamentale per cercare di capire come la vita potrebbe inserirsi in quel ciclo”, ha affermato Andrew Steele, scienziato della curiosità presso la Carnegie Institution for Science di Washington, DC. “L’abbiamo fatto con successo sulla Terra, ma stiamo appena iniziando a definire quel ciclo per Marte”.

Ma non è facile trarre conclusioni su Marte basandosi sul ciclo del carbonio sulla Terra. Steele lo ha spiegato quando ha detto: “C’è una grande parte del ciclo del carbonio sulla Terra che include la vita e, a causa della vita, c’è una grande parte del ciclo del carbonio sulla Terra che non capiamo perché ovunque guardiamo, c’è vita .”

Curiosity è ancora operativo su Marte e lo sarà ancora per un po’. Il significato di questi campioni, insieme a una migliore comprensione del ciclo del carbonio su Marte, è ancora più avanti. Curiosity campionirà più rocce per misurare le concentrazioni di isotopi di carbonio. Analizzerà rocce da altre superfici antiche e ben conservate per vedere se i risultati sono simili a quelli. Idealmente, incontrerebbe un’altra colonna di metano e la proverebbe, ma questi eventi sono imprevedibili e non c’è modo di prepararsi per uno.

Ad ogni modo, questi risultati aiuteranno nella raccolta di campioni di persistenza al cratere Jezero. La perseveranza può confermare segnali di carbonio simili e persino determinare se sono biologici o meno.

Perseverance sta anche raccogliendo campioni per tornare sulla Terra. Gli scienziati studieranno questi campioni più attivamente rispetto al laboratorio sul rover, quindi chissà cosa impareremo.

La vita antica su Marte è una possibilità allettante, ma per ora, almeno, non è certa.

Originariamente pubblicato in universo oggi.

Per ulteriori informazioni su questa ricerca, vedere:

Riferimento: “Composizioni di isotopi di carbonio impoveriti osservate al cratere Gale, Marte” di Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin e Paul R. Mahaffey, 17 gennaio 2022, Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119