Il forte segnale di carbonio rivenuto in alcune rocce marziane dal rover NASA Curiosity potrebbe indicare la presenza di processi biologici di qualche tipo? Qualsiasi forte segnale di carbonio è intrigante quando sei a caccia di vita. È un elemento comune in tutte le forme di vita che conosciamo. Ma ci sono diversi tipi di carbonio e il carbonio può concentrarsi nell'ambiente per altri motivi. Non significa automaticamente che la vita sia coinvolta nelle firme di carbonio.
Gli atomi di carbonio hanno sempre sei protoni, ma il conteggio dei neutroni può variare. Gli atomi di carbonio con un diverso numero di neutroni sono chiamati isotopi. Tre isotopi di carbonio si trovano naturalmente: C12 e C13, che sono stabili, e C14, un radionuclide. C12 ha sei neutroni, C13 ha sette neutroni e C14 ha otto neutroni.
Quando si tratta di isotopi di carbonio, la vita preferisce 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 in molecole, fa meno connessioni di C13 nella stessa situazione. La vita è essenzialmente pigra e cercherà sempre il modo più semplice per fare le cose. C12 è più facile da usare perché forma meno legami di C13. È più facile da raggiungere rispetto a C13 e la vita non prende mai la strada più difficile quando è disponibile quella più semplice.
Il rover Curiosity è al lavoro nel cratere Gale di Marte, alla ricerca di segni di vita. Perfora la roccia, estrae un campione polverizzato e lo inserisce nel suo laboratorio di chimica di bordo. Il laboratorio di Curiosity si chiama SAM che sta per Sample Analysis at Mars. All'interno di SAM, il rover utilizza la pirolisi per cuocere il campione e convertire il carbonio che si trova nella roccia in metano. La pirolisi viene eseguita in un flusso di elio inerte per prevenire qualsiasi contaminazione nel processo. Quindi sonda il gas con uno strumento chiamato Tunable Laser Spectrometer per scoprire quali isotopi di carbonio sono nel metano.
Il team dietro il SAM di Curiosity ha esaminato 24 campioni di roccia con questo processo e recentemente ha scoperto qualcosa di degno di nota. Sei dei campioni hanno mostrato rapporti elevati da C12 a C13. Rispetto a uno standard di riferimento basato sulla Terra per i rapporti C12 / C13, i campioni di questi sei siti contenevano più di 70 parti per mille in più di C12. Sulla Terra, il 98,93% del carbonio è C12, e C13 forma il restante 1,07%.
Un nuovo studio pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences (PNAS) ha presentato i risultati. Il suo titolo è "Composizioni isotopiche di carbonio impoverite osservate nel cratere Gale, Su Marte". L'autore principale è Christopher House, uno scienziato di Curiosity presso la Penn State University. È una scoperta eccitante e, se questi risultati fossero ottenuti sulla Terra, segnalerebbero che un processo biologico ha prodotto l'abbondanza di C12.
Sulla Terra antica, i batteri di superficie producevano metano come sottoprodotto. Sono chiamati metanogeni e sono procarioti del dominio Archaea. I metanogeni sono ancora presenti oggi sulla Terra, nelle zone umide anossiche, nei tratti digestivi dei ruminanti e in ambienti estremi come le sorgenti termali.
Questi batteri producono metano che entra nell'atmosfera, interagendo con la luce ultravioletta. Queste interazioni producono molecole più complesse che sono piovute sulla superficie terrestre. Sono conservati nelle rocce terrestri, insieme alle loro firme di carbonio. La stessa cosa potrebbe essere accaduta su Marte e, se così fosse, potrebbe spiegare le scoperte di Curiosity.
"Stiamo trovando cose su Marte che sono allettantemente interessanti, ma avremmo davvero bisogno di più prove per dire che abbiamo identificato la vita", ha dichiarato Paul Mahaffy, ex ricercatore principale per Curiosity's Sample Analysis presso il laboratorio di Marte. "Quindi stiamo guardando cos'altro potrebbe aver causato la firma del carbonio che stiamo vedendo, se non la vita". Nel loro articolo, gli autori scrivono: "Ci sono molteplici spiegazioni plausibili per il C13 anomalamente impoverito osservato nel metano evoluto, ma nessuna singola spiegazione può essere accettata senza ulteriori ricerche".
Una delle difficoltà nel comprendere le firme di carbonio come questa è il nostro cosiddetto pregiudizio della Terra. La maggior parte di ciò che gli scienziati sanno sulla chimica atmosferica e sulle cose correlate si basa sulla Terra. Quindi, quando si tratta di questa firma di carbonio appena rilevata su Marte, gli scienziati possono trovare difficile mantenere le loro menti aperte a nuove possibilità. La storia della ricerca della vita su Marte ce lo dice.
"Dobbiamo aprire le nostre menti e pensare fuori dagli schemi" ha spiegato l'astrobiologa di Goddard Jennifer L. Eigenbrode, che ha partecipato allo studio del carbonio. In precedenza, Eigenbrode ha guidato un team internazionale di scienziati curiosity nel rilevamento di una miriade di molecole organiche, quelle che contengono carbonio, sulla superficie marziana. I ricercatori sottolineano due spiegazioni non biologiche per l'insolita firma di carbonio nel loro articolo. Uno riguarda le nubi molecolari.
L'ipotesi della nube molecolare afferma che il nostro Sistema Solare è passato attraverso una nube molecolare centinaia di milioni di anni fa. Questo è un evento raro, ma accade circa una volta ogni 100 milioni di anni, quindi gli scienziati non possono scartarlo. Le nubi molecolari sono principalmente idrogeno molecolare, ma una potrebbe essere stata ricca del tipo di carbonio più leggero rilevato da Curiosity nel cratere Gale.
La nube avrebbe causato il raffreddamento drammatico di Marte, causando glaciazione in questo scenario. Il raffreddamento e la glaciazione avrebbero impedito al carbonio più leggero nelle nubi molecolari di mescolarsi con l'altro carbonio di Marte, creando elevati depositi di C12. Il documento afferma che "lo scioglimento glaciale durante il periodo glaciale e il ritiro successivo del ghiaccio, dovrebbero lasciare le particelle di polvere interstellare sulla superficie geomorfologica glaciale".
L'ipotesi si adatta poiché Curiosity ha trovato alcuni dei livelli elevati di C12 in cima alle creste, come la cima della vera rubin ridge, e altri punti alti nel cratere Gale. I campioni sono stati raccolti da "... una varietà di litologie (fango, sabbia e arenaria)”, afferma il documento. Tuttavia, l'ipotesi della nube molecolare è un'improbabile catena di eventi.
L'altra ipotesi non biologica coinvolge la luce ultravioletta. L'atmosfera di Marte è composta per oltre il 95% da anidride carbonica e, in questo scenario, la luce UV avrebbe interagito con il gas di anidride carbonica nell'atmosfera di Marte producendo nuove molecole contenenti carbonio. Le molecole sarebbero piovute sulla superficie di Marte e sarebbero diventate parte della roccia. Questa ipotesi è simile a come i metanogeni producono indirettamente C12 sulla Terra, ma è del tutto abiotica.
"Tutte e tre le spiegazioni si adattano ai dati", ha dichiarato l'autore principale Christopher House. "Abbiamo semplicemente bisogno di più dati per escluderli o meno".
"Sulla Terra, i processi che produrrebbero il segnale di carbonio che stiamo rilevando su Marte sono biologici", ha aggiunto House. "Dobbiamo capire se la stessa spiegazione funziona per Marte o se ci sono altre spiegazioni perché Marte è molto diverso".
Quasi la metà dei campioni di Curiosity aveva livelli inaspettatamente elevati di C12. Non sono solo più alti del rapporto della Terra; sono più alti di quanto gli scienziati abbiano trovato nei meteoriti marziani e nell'atmosfera marziana. I campioni provenivano da cinque località del cratere Gale e tutte le località avevano una cosa in comune: hanno superfici antiche e ben conservate.
"Definire il ciclo del carbonio su Marte è assolutamente la chiave per cercare di capire come la vita potrebbe inserirsi in quel ciclo", ha dichiarato Andrew Steele, uno scienziato di Curiosity con sede presso la Carnegie Institution for Science di Washington, D.C. "Lo abbiamo fatto davvero con successo sulla Terra, ma stiamo appena iniziando a definire quel ciclo per Marte". Curiosity sta ancora lavorando su Marte e lo sarà ancora per un po'. Campionerà più roccia per misurare le concentrazioni di isotopi di carbonio. Campionerà la roccia da altre superfici antiche ben conservate per vedere se i risultati sono simili a questi.
In entrambi i casi, questi risultati aiuteranno a comprendere meglio le informazioni estratte dalla raccolta di campioni di Perseverance al cratere Jezero. Perseverance può confermare segnali di carbonio simili e persino determinare se sono biologici o meno. Perseverance sta anche raccogliendo campioni per il ritorno sulla Terra. Gli scienziati studieranno questi campioni in modo più efficace di quanto possa fare il laboratorio di bordo del rover, quindi chissà cosa impareremo.