Spazio e Scienze

Viaggio di un’astrofisica in Islanda, alla scoperta di Marte

Pagina 1: Viaggio di un’astrofisica in Islanda, alla scoperta di Marte

"…non appena la luminosa notte estiva regnava per svariati mesi…l'Islanda tornava ad essere il posto migliore del mondo"
Sòlveig Jònsdòttir (Reykjavìk Cafè)

01   TramontoAkureyri

Tramonto ad Akureyri, la Città del Sole di Mezzanotte (Nord Islanda) – ore 00:45 – Il cielo resta rosa fino alle 3:00 di notte circa quando il Sole ricomincia a salire in alto. In questo periodo dell'anno il buio in Islanda non esiste.

Sono stata accettata per partecipare a una fantastica scuola estiva che mira allo studio e alla ricerca della vita in differenti ambienti e in particolare su Marte, co-organizzata dalla Nordic Network of Astrobiology, dallo European Astrobiology Campus e dalla European Cooperation in Science and Technology. La scuola dal titolo "Biosignatures and the search for life on Mars" si è svolta dal 3 al 17 luglio 2016 con l'obiettivo di affrontare e discutere tre grandi quesiti scientifici riguardo l'origine e l'evoluzione della vita:

  • Quando e dove è emersa la vita sulla Terra e come si è evoluta?
  • Quali sono le condizioni che permettono lo sviluppo della vita?
  • Esiste vita altrove nell'Universo? E se sì, come può essere rivelata? – con particolare interesse per Marte.

Per affrontare tali quesiti è necessario un confronto e una collaborazione tra esperti in diverse discipline tra cui:

  • Biologi – che studiano la diversità biologica e come la vita è emersa e si è evoluta nel corso degli anni;
  • Planetologi e astronomi – che si occupano dello studio dei pianeti e delle lune del nostro Sistema Solare e della loro abitabilità. Studiano inoltre la formazione e l'evoluzione di altri sistemi stellari che ospitano potenziali pianeti abitabili;
  • Astrochimici – che studiano come avviene la formazione di molecole complesse d'interesse prebiotico in ambienti extra-terrestri;
  • Geologi – esperti nella formazione della Terra e nella sua evoluzione in pianeta abitabile;
  • Ingegneri spaziali – che preparano missioni volte ai pianeti del Sistema Solare;
  • Chimici – studiano le transizioni tra chimica organica abiotica e biochimica.
25   Mineral pool krafla
Hot Mineral pool – Piscina di fango caldissima situata nella regione del vulcano Krafla

Tra tutti i pianeti del Sistema Solare, quello che ha suscitato sempre maggior interesse per le sue potenzialità di ospitare forme di vita estinte o attuali, è il nostro vicino Marte. Osservazioni indicano che in un periodo della storia marziana, noto come Era Noachiana e risalente a circa 4,5 miliardi di anni fa, il clima su Marte era ben diverso da quello attuale e favorevole alla vita. Diversi studi indicano infatti che probabilmente a quel tempo Marte aveva un clima caldo e umido molto simile a quello terrestre, caratterizzato da frequenti precipitazioni.

A favore di questa teoria vi è l'osservazione di solchi incisi nel terreno dallo scorrere di acqua allo stato liquido (molto simili ai canali terrestri) e la presenza di depositi di minerali di alterazione acquosa all'interno di crateri e bacini che un tempo potrebbero aver ospitato laghi. Inoltre secondo alcuni studi in quel periodo Marte possedeva un vero e proprio oceano. Insomma sembra che il Pianeta Rosso sia stato molto simile al nostro, e diverso dal deserto freddo e arido che osserviamo oggi nelle immagini inviateci dalle sonde in orbita attorno al pianeta o da i rover che fotografano da vicino la sua superficie.

Se un tempo il clima è stato ben diverso da quello attuale è probabile quindi che la vita si sia sviluppata sul Pianeta Rosso e perché no, magari anche che sia riuscita a sopravvivere in ambienti idrotermali al di sotto della superficie del pianeta. Comprendere l'origine e le caratteristiche di questi ambienti acquosi rappresenta una sfida nell'ambito dell'astrobiologia. Queste regioni sono infatti i maggiori target di missioni spaziali robotiche. Il rover Curiosity è situato ad esempio all'interno del cratere Gale che un tempo avrebbe ospitato un lago. Abbiamo poi il rover Opportunity inviato in un altro possibile paleo-lago, il cratere Gusev, ed è in corso la scelta di un sito di atterraggio per il rover della missione Exomars 2020, prevista in partenza appunto per il 2020, che avrà come target un altro di questi ambienti fluvio-lacustri.

26   Krafla Lava field
Campi di lava di Krafla

Oltre a inviare missioni che studiano gli ambienti marziani in situ, si cercano sulla Terra analoghi marziani per testare i metodi di ricerca di biosignatures, ovvero tracce della presenza di vita. Gli ambienti fluviali e lacustri su Marte sono composti prevalentemente da roccia basaltica. L'Islanda è una località ben nota per la ricerca di analoghi marziani per l'alterazione acquosa della crosta basaltica e la formazione di canali simili a quelli presenti su Marte.

I terreni sedimentari di origine vulcanica presenti in Islanda e i processi fluvio-lacustri che li modificano sono ampiamente studiati e confrontati con i canali alluvionali che si osservano su Marte. È stato dimostrato che la bassa alterazione delle rocce islandesi fa sì che esse rappresentino un buon analogo dei terreni marziani. Tali ambienti sono inoltre considerati dei buoni analoghi marziani a causa della minima influenza della vegetazione e dell'attività antropica e sono utilizzati per testare i metodi di ricerca di biosignatures. A tale scopo ci siamo recati in Islanda per imparare ad affrontare tali quesiti e a lavorare sul campo alla ricerca di segni della presenza di vita.

Sono arrivata a Reykjavìk il 2 luglio attorno alle 18:30 (corrispondenti alle nostre 20:30), quando tutti gli islandesi correvano per riunirsi e vedere la partita degli Europei Islanda-Francia dopo il grande e inaspettato successo della squadra islandese nelle precedenti partite del campionato europeo. Nonostante la sconfitta da parte della Francia il giorno dopo i giocatori, usciti comunque a testa altissima da questi europei, sono stati accolti con grande orgoglio a Reykjavìk. Assistere al "geyser sound" nella capitale per alcuni di noi è stata un'esperienza incredibile.

Tornando a noi, grazie a questa scuola estiva 40 giovani ricercatori provenienti da tutte le parti del mondo hanno avuto l'opportunità di riunirsi e confrontarsi tra loro. Abbiamo visitato vulcani, campi di lava, sorgenti termali, cascate e assistito a lezioni da parte di grandi esperti in svariati campi (dalla microbiologia all'astrofisica) che hanno messo a nostra disposizione le loro conoscenze.

05   Stokkur Geyser
Strokkur Geyser durante uno dei suoi soffi d'acqua.

Ci hanno parlato della storia geologica e vulcanica dell'Islanda, di Marte passato e attuale, e delle varie ipotesi avanzate sulla possibile presenza di vita. È stato veramente interessante discutere poi di astrobiologia e di com'è possibile cercare la vita in svariati ambienti. A tale scopo a metà corso siamo stati divisi in 4 gruppi, ciascuno dei quali con 10 componenti e in gruppo abbiamo fatto delle escursioni su campi di lava e su siti considerati analoghi marziani.

L'obiettivo delle escursioni è stato quello di prelevare campioni di suolo islandese e analizzarli in laboratorio alla ricerca di biomarkers of life. Per biomarker of life si intende una sostanza la cui presenza indica l'esistenza di un organismo vivente. Il metodo scelto per analizzare i campioni è stato quello della bioluminescenza dell'ATP. L'ATP (Adenosina-Trifosfato) è un nucleotide trifosfato che ha vari impieghi nelle cellule di tutti gli organismi noti sulla Terra. Un ruolo chiave è il trasporto di energia chimica all'interno delle cellule durante il metabolismo. Grazie alla sua presenza comune in tutti gli organismi viventi terrestri, può essere utilizzato come biomarker generico della vita sulla Terra.

La struttura di questa molecola è formata da base azotata, cioè l'adenina, dal ribosio (uno zucchero pentoso) e da tre gruppi fosfato. Per rilevare la presenza e il livello dell'ATP all'interno dei nostri campioni abbiamo utilizzato il test della bioluminescenza. Vari organismi hanno sviluppato la capacità di produrre chimicamente luce, processo chiamato bioluminescenza. Alcuni insetti (ad esempio lucciole) e pesci (ad esempio la rana pescatrice) si sono evoluti per vie biosintetiche per produrre una classe di sostanze chimiche chiamate luciferine insieme con enzimi chiamati luciferasi.

Tali enzimi hanno la capacità di utilizzare le luciferine, e altre molecole, come substrati enzimatici in reazioni chimiche che producono, fra le altre cose, luciferine ossidate in stati elettronici eccitati che successivamente decadono in stati a più bassa energia emettendo fotoni. In natura tale bioluminescenza viene utilizzata per una varietà di funzioni, tra cui nel comportamento di accoppiamento e per attirare la preda.

Il test della bioluminescenza dell'ATP si applica sfruttando estratti purificati da lucciole per quantificare la quantità di luce emessa. L'enzima luciferasi della lucciola, infatti, catalizza in modo specifico l'idrolisi dell'ATP. La reazione è tale che la quantità di luce emessa è proporzionale alla quantità di ATP all'interno del campione, ed è misurata attraverso un apposito strumento chiamato luminometro.

L'applicazione del test della bioluminescenza dell'ATP ai nostri campioni ha comportato tre fasi principali:

  • Raccolta dei campioni con la conservazione delle informazioni rilevanti e senza elevato grado di contaminazione;
  • Manipolazione del campione al fine di renderlo un materiale idoneo per il dosaggio necessario all'applicazione della bioluminescenza dell'ATP;
  • Esecuzione della bioluminescenza dell'ATP.

Seguiteci nelle prossime pagine per scoprire com'è andata.

    Giulia Alemanno è dottoranda in astrofisica presso l'Università del Salento e fa parte del gruppo del laboratorio di planetologia di Lecce. La sua attività scientifica si basa sullo studio di superfici planetarie, in particolare del pianeta Marte, alla ricerca di segni della presenza di forme di vita estinte o attuali. Si occupa inoltre dello studio spettroscopio di materiali di interesse planetario. È coinvolta in iniziative di divulgazione scientifica ed è appassionata di fotografia. Ama osservare il cielo con il suo telescopio. Siamo felici di annunciarvi che collaborerà con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.