Marte: Siamo in grado di riconoscere una forma di vita aliena

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In questo momento, sette astronavi robotiche stanno vagando o orbitando su Marte, scattando foto, raccogliendo dati e più in generale eseguendo ordini degli scienziati sulla Terra. Dopo 15 anni da questa continua presenza robotica, conosciamo il Pianeta Rosso meglio di qualsiasi altro mondo oltre al nostro. E gli scienziati planetari hanno una risposta, infine, a una delle loro domande più antiche e fondamentali: potrebbe Marte sostenere la vita?

La risposta è sì: sicuramente in passato, e molto probabilmente oggi. Nel 2013, meno di un anno dopo che Curiosity è atterrato nell’antico lago Gale Crater, John Grotzinger, il principale investigatore del progetto, ha annunciato con fiducia:

Abbiamo trovato un ambiente abitabile, uno in cui esistevano quantità considerevoli di acqua superficiale miliardi di anni fa. Inoltre, il team scientifico di Curiosity è convinto che i laghi e i torrenti siano durati per lunghi periodi, forse milioni di anni.

Un altro annuncio, altrettanto importante a settembre 2015: l’acqua scorre ancora oggi su Marte, vicino o molto vicino alla superficie. Per più di un decennio, la strategia della NASA nell’esplorazione di Marte è stata quella di cercare l’acqua, l’agenzia spiega che ovunque ci sia acqua, potremmo trovare la vita. Ora, avendo appurato che l’acqua è presente, le agenzie spaziali si stanno preparando a lanciare missioni su Marte il cui scopo principale è quello di cercare prove biologiche. differentemente dalle ricerche precedenti, queste missioni hanno una reale possibilità di successo.

Negli anni ’60, la prima generazione di scienziati planetari cercò di inventare una singola suite di strumenti (per quelli che diventarono i lander vichinghi del 1976) che potevano stabilire in via definitiva se la vita esistesse su Marte. Alla fine, hanno fallito. Gli scienziati ora sospettano che i precedenti esperimenti sulla biologia marziana abbiano posto domande troppo strette o addirittura sbagliate.

Definire la vita è un problema, spiega Carol Cleland, una filosofa dell’Università del Colorado che ha trascorso più di un decennio ad esaminare la letteratura scientifica e filosofica sulla natura della vita.

Se la tua definizione è sbagliata, cercherai la cosa sbagliata e potresti perderti tutti i tipi di strane forme di vita. Ancora oggi, non siamo usciti da una definizione aristotelica.

Più di 2000 anni fa, Aristotele definiva gli esseri viventi come quelli che metabolizzano (consumano sostanze nutritive ed eliminano gli sprechi) e si riproducono sessualmente. Questa definizione è rimasta valida fino alla metà del 20 ° secolo, quando gli scienziati hanno imparato a conoscere il DNA e hanno capito che la forma di vita predominante sulla Terra è l’organismo unicellulare. (In effetti, la vita multicellulare complessa non appare nei reperti fossili fino a meno di un miliardo di anni fa.)

Molte creature monocellulari sfidano le idee aristoteliche sul metabolismo e sulla riproduzione. Alcuni non consumano affatto nutrienti organici. Un microbo marino bizzarro chiamato Shewanella, ad esempio, ottiene la sua energia metabolica usando “nanofili” che assorbono gli elettroni direttamente dalle rocce. Alcuni organismi non hanno bisogno di sesso per riprodursi: ‘frammentano’ direttamente dal genitore. Altri ancora si comportano come se fossero vivi in ​​alcuni momenti, morti in altri. I virus, ad esempio, possono rimanere dormienti per secoli in uno stato cristallino.

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno trovato molti “estremofili“, che sopravvivono abbastanza bene in ambienti che un tempo si pensavano fossero letali: nei geyser surriscaldati, sui fondali dei ghiacciai dell’Antartide, nell’oscurità schiacciante dell’oceano profondo.

La vita terrestre si è rivelata molto più strana e più adatta di quanto pensassimo, quanto potrebbe essere più strana in una biosfera aliena come Marte?

Eppure c’è ragione di sperare che troveremo anche degli organismi familiari.

L’argomento per la vita basata sull’acqua e sul carbonio non è mai più forte di quello su Marte, afferma David Des Marais, ricercatore principale di scienze spaziali e astrobiologia presso il Centro di ricerca Ames della NASA in California. Ad alcune persone piace speculare che i solventi diversi dall’acqua potrebbero anche sostenere la vita. Mentre non si può mai negare assolutamente la possibilità di vita basata su un solvente alternativo, l’acqua è particolarmente favorevole per Marte perché l’ambiente della Terra è stato più simile a quello di Marte rispetto a quello di qualsiasi altro pianeta nel nostro sistema solare.

Dato che dobbiamo iniziare da qualche parte, Des Marais e altri sostengono che dovremmo prima cercare forme familiari di vita, possiamo preoccuparci delle forme di vita che non conosciamo più tardi.

Non l’abbiamo già fatto prima?

Il 20 luglio 1976, il settimo anniversario dello sbarco sulla Luna dell’Apollo 11, il Viking 1 della NASA si è posato vicino all’equatore di Marte, la prima missione di successo sulla superficie del pianeta. Sei settimane dopo, il suo gemello, Viking 2, atterrò, un po ‘più a nord, sul lato opposto di Marte. Le immagini panoramiche delle due astronavi stazionarie (non c’erano rover a ruote in questa prima spedizione) hanno confermato un paesaggio desertico disseminato di ciottoli privo di evidenti segni di vita.

Ogni viking era equipaggiato con uno scoop per scavare trincee poco profonde nel ‘suolo’ marziano (in realtà una regolite sabbiosa bombardata da radiazioni ultraviolette, ha poca somiglianza con terriccio terrestre) per ottenere campioni per tre esperimenti all’interno della navicella che erano stati progettati per cercare prove di attività biologica.

Un esperimento di scambio di gas ha fornito nutrienti e acqua ai campioni di terreno e ha cercato i segni che gli organismi abbiano consumato o rilasciato uno dei nutrienti. Un esperimento di rilascio pirolitico ha esposto il terreno alla luce e un’atmosfera marziana sintetica contrassegnata con carbonio-14 radioattivo, quindi ha rimosso l’atmosfera e ha cotto il campione per rilasciare gas esaminati per la prova di biomassa contenente carbonio-14, un proxy per la fotosintesi. Gli astrobiologi nutrivano le loro più alte speranze per l’esperimento di rilascio etichettato, i campioni di suolo venivano nutriti con nutrienti organici marcati con carbonio-14 e l’aria intorno al campione veniva monitorata per il biossido di carbonio radioattivo, che sarebbe stato esalato metabolizzando i microrganismi.

I risultati hanno frustrato tutti. L’esperimento di scambio gassoso era negativo per i microbi ma suggeriva che il terreno ha composti chimici altamente reattivi. Nell’esperimento di liberazione pirolitica, un campione era positivo, ma lo era anche un campione di controllo che era stato sterilizzato, suggerendo che qualcosa di diverso dalla biologia era al lavoro. L’esperimento di rilascio con etichetta su entrambi i veicoli spaziali ha rilevato inizialmente anidride carbonica, ma non di nuovo quando è stato ripreso una settimana o due dopo. Uno spettrometro di massa (GCMS), non ha traccia di materiali organici nella regolite marziana. Questa è stata una sorpresa, dal momento che le molecole organiche sono comuni nelle meteoriti, comprese le rocce che si trovano sulla Terra e che hanno avuto origine su Marte.

E l’apparente mancanza di materia organica sembrava escludere qualsiasi risultato positivo dagli esperimenti di biologia. Considerando tutti questi risultati insieme, il team scientifico di Viking ha emesso un verdetto deludente: nessuna vita in nessuno dei due punti di atterraggio.

Gli esperimenti Viking hanno funzionato correttamente? Il GCMS è stato rotto? Le radiazioni ultraviolette solari (Marte non ha strato protettivo di ozono) o qualche sostanza chimica sconosciuta come un forte ossidante alcalino distruggono tutte le molecole organiche sulla superficie marziana? Oppure il progetto dei tre esperimenti biologici troppo radicati nelle ipotesi terrestri, i nutrienti di tipo Terra e gli organismi marziani avvelenati o affogati adattati ad un ambiente iper-arido e altrimenti non-terrestre?

Per 40 anni gli ambigui risultati di Viking hanno alimentato il dibattito scientifico. Gilbert Levin, investigatore principale per l’esperimento di rilascio etichetta, è convinto fino ad oggi che i Viking 1 e 2 abbiano trovato prove di vita su Marte. L’astronave Phoenix della NASA, che atterrò vicino al polo nord del pianeta nel 2008, riavviò l’argomento quando confermò che la chimica del suolo marziano poteva effettivamente distruggere il materiale organico, il che poteva spiegare almeno alcune delle scoperte dei viking.

Il colpevole principale sembrano essere i sali di perclorato, un ossido di cloro altamente reattivo trovato nel sito di atterraggio di Phoenix. Alle basse temperature prevalenti su Marte, i perclorati non reagivano essi stessi con la materia organica, ma le dure radiazioni del pianeta potevano dividerli in composti più reattivi. Nel 2013 Richard Quinn al centro di Ames condusse esperimenti in cui i perclorati irradiati con raggi gamma sembravano riprodurre le sconcertanti scoperte dell’esperimento.

Sebbene i perclorati possano distruggere i composti organici esposti alle radiazioni sulla superficie marziana, la vita microbica potrebbe essere protetta all’interno delle rocce o nel sottosuolo? Infatti, lo strumento Sample Analysis at Mars (SAM) di Curiosity ha scoperto due tipi di molecole organiche complesse in campioni in polvere perforati da un mudstone al Gale Crater. Una molecola somigliava perfino ad un acido grasso trovato nelle pareti cellulari degli organismi terrestri. Sebbene gli scienziati di Curiosity non facessero affermazioni sulla vita di Marte, ora abbiamo la prova che in determinate circostanze, le molecole organiche possono sopravvivere sul pianeta.

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Dove andare, come guardare

Se la ricerca è per la vita attuale o per le prove fossili della vita passata, seguire l’acqua continua ad essere una strategia utile. Fortunatamente, nei 40 anni successivi al Viking, gli scienziati hanno trovato abbondanti prove di acqua. I dati raccolti dall’orbita e dai rover Spirit, Opportunity e Curiosity suggeriscono che il pianeta una volta aveva un oceano con un volume maggiore dell’Oceano Artico della Terra.

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E l’acqua probabilmente si è spostata nel tempo. Gli astronomi basculanti assiali di Marte usano il termine obliquità, è estremamente variabile, e le grandi oscillazioni storiche nell’obliquità, che si verificano su scale temporali di centinaia di migliaia o forse un milione di anni, potrebbero anche portare a ridistribuzioni globali dell’acqua. Dirk Schulze-Makuch, professore di astrobiologia alla Washington State University dichiara che la ridistribuzione può spiegare le caratteristiche superficiali che sembrano essere state scolpite dall’acqua corrente negli ultimi milioni di anni, molto tempo dopo la scomparsa dell’oceano.

Le immagini scattate dall’orbita, tornando a Viking, hanno mostrato nebbia mattutina e nebbia che si alza dal fondo dei canyon di Marte, portando gli scienziati a teorizzare che l’acqua liquida possa ancora essere intrappolata sotto la superficie. (Schulze-Makuch ipotizza addirittura che gli organismi marziani possano attingere acqua direttamente dall’atmosfera.) E lo scorso settembre, le immagini ad alta risoluzione del Mars Reconnaissance Orbiter hanno rivelato che anche oggi, l’acqua in realtà, liquida a basse temperature, scorre giù per i pendii ripidi della primavera e dell’estate marziane.

La scoperta che l’acqua liquida è persistita sulla superficie di Marte per lunghi periodi dà la speranza che la vita sia sorta, e che abbia trovato un modo per adattarsi a condizioni difficili, che sono cambiate quando l’acqua superficiale è scomparsa.

La vita è una specie di parassita planetaria, afferma Schulze-Makuch. Un’infestazione, una volta iniziata, è molto difficile da eliminare. Invocando il celebre detto di Carl Sagan che affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie, aggiunge, ‘Penso che la pretesa straordinaria sia che Marte è sempre stato sterile’.

ExoMars, un progetto congiunto dell’Agenzia spaziale europea e dell’agenzia spaziale russa Roscosmos, che fornisce il razzo Proton. Attualmente previsto per soft-land su Marte nel gennaio 2019 (o due anni più tardi, se la data di lancio scivola, come si è detto), ExoMars dispiegherà un rover dotato di un trapano capace di scavare un metro e ottanta. L’obiettivo, spiega Mark Sims, professore di astrobiologia e strumentazione spaziale presso l’Università di Leicester, in Inghilterra, è quello di ottenere campioni dalle profondità in cui sono stati per lo più protetti da intense radiazioni che spezzerebbero le molecole organiche.

Nella scelta di un sito di atterraggio per ExoMars 2018, gli scienziati del progetto hanno utilizzato i dati orbitali per scovare luoghi con rocce sedimentarie, specialmente argille a grana fine, che si sono formate chiaramente in presenza di acqua, come in un antico letto di lago. La roccia campione ideale sarebbe molto antica – quattro miliardi di anni o più, sepolta per la maggior parte del tempo, e esposta solo di recente al duro ambiente superficiale di Marte dall’erosione o da una frana relativamente recente. Il progetto ExoMars ha ristretto i potenziali siti di atterraggio a quattro, il principale candidato è Oxia Planum, una pianura liscia e piatta con solo un leggero strato di polvere, quindi dovrebbe essere esposta più roccia superficiale. Qui, a 18 gradi a nord dell’equatore marziano, il rover ExoMars cercherà prove di biologia.

Trovare fossili visibili, diciamo, i resti di batteri come quelli visti in alcune antiche rocce australiane sarebbe meraviglioso, ma per una serie di ragioni estremamente improbabili. Tali fossili sarebbero quasi certamente troppo piccoli per la fotocamera close-up ExoMars. Così come Viking ha fatto 40 anni fa, la ricerca ExoMars si concentra sulla chimica.

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Lo studio di Curiosity di una formazione chiamata Whale Rock ha rivelato la prova del flusso di acqua, uno dei principali indizi che gli scienziati cercano di valutare se un sito fosse una volta abitabile. (NASA / JPL-Caltech / MSSS)

Lo strumento principale del rover per il rilevamento della vita è chiamato MOMA, per Mars Organic Molecule Analyzer. Utilizzerà due tipi di spettrometro per analizzare campioni perforati per tracce di molecole organiche, e gli scienziati sperano di essere in grado di distinguere i composti associati alla biologia da quelli che non sono biologici. Lo strumento analizzerà anche la chiralità di qualsiasi composto organico o la ‘prontezza’. Gli amminoacidi e altre molecole esistono nelle forme destrorse o mancine. Tutta la vita animale e vegetale sulla Terra si basa su amminoacidi mancini (anche se alcuni microbi possono, in un pizzico, consumare le versioni dei nutrienti della mano destra). Un campione ExoMars con una miscela 50-50 di entrambi i chirali implicherebbe origine geologica, mentre una predominanza di una chiralità rispetto a un’altra suggerirebbe un’origine biologica, cioè, se la vita marziana ha anche una mano preferita.

La NASA intende lanciare il suo quinto rover (una copia quasi di Curiosity) su Marte nel luglio 2020. Atterrà sette mesi più tardi e inizierà la ricerca di rocce che possano essere sigillate in un contenitore e restituite alla Terra da una futura astronave, ancora da specificare. Gli scienziati hanno a lungo desiderato una missione in grado di riportare a casa le rocce di Marte, in modo che possano analizzarle sulla Terra con strumenti più sofisticati di quelli che possono adattarsi a un lander. Mars 2020 è la prima metà di questa missione, e spetterà al rover 2020 identificare le poche pietre preziose che hanno le migliori possibilità di contenere le bio-firme o le prove della vita.

Lo strumento principale di rilevamento della vita sul rover 2020 è chiamato SHERLOC, per la scansione di ambienti abitabili con Raman e luminescenza per prodotti organici e chimici. Il principale investigatore Luther Beegle del Jet Propulsion Laboratory della NASA lo descrive come ‘uno strumento stand-off’ montato sul braccio robotico del rover.

Non vogliamo toccare campioni ed eventualmente rilevare la vita che abbiamo portato con noi su Marte.

Invece, a due pollici di distanza, SHERLOC farà brillare i laser ultravioletti sulle rocce per far sì che i loro prodotti chimici costitutivi disperdano luce o fluoresce (emettono luce). Lo spettro risultante dovrebbe rivelare le impronte chimiche di qualsiasi molecola organica nella roccia. Campioni promettenti sarebbero candidati per il caching-di nuovo mentre si adottano misure per evitare la contaminazione e l’eventuale ritorno sulla Terra.

Il team di Mars 2020 deve ancora scegliere il suo sito di atterraggio: otto candidati sono in corsa. Scegliere la giusta posizione è fondamentale, poiché la missione in due parti è un investimento multimiliardario. Se non viene trovata alcuna biologia nel sito del 2020, o se la risposta è confusa, come nel caso di Viking, i critici potrebbero dire che la NASA ha sprecato i suoi soldi andando nel posto sbagliato.

Questa è una delle molte insidie ​​potenziali nella ricerca della vita su Marte. A causa dei vincoli di budget, non tutti gli esperimenti di biologia proposti possono volare, quindi alcuni validi approcci per il rilevamento della vita non verranno sperimentati. Un ‘Life Marker Chip’ originariamente scelto per ExoMars 2018 avrebbe usato anticorpi per rilevare molecole organiche, simili ai test usati nel mondo medico. Ma il carico utile è stato eliminato insieme a numerosi altri strumenti per risparmiare sui costi e ridurre il peso.

Innanzitutto, non nuocere

Un altro vincolo agli scienziati che cercano la vita marziana: i requisiti di ‘protezione planetaria’. Secondo un accordo internazionale, i veicoli spaziali che atterrano in regioni su Marte dove l’acqua potrebbe esistere devono essere accuratamente ripuliti prima di lasciare la Terra, per paura di esporre possibili organismi marziani alla contaminazione terrestre o – ugualmente male dal punto di vista scientifico – sollevando dubbi sul fatto che un ‘marziano’ ‘L’organismo proviene effettivamente dalla Terra. La pulizia di veicoli spaziali grandi e complessi con calore secco è difficile e costosa. Per ora, i pianificatori delle missioni su Marte evitano i siti di atterraggio che potrebbero avere acqua liquida, anche se quelli sono i siti che hanno più probabilità di avere vita.

Il team dietro una missione proposta chiamata Icebreaker, che invierebbe un piccolo lander simile a Phoenix ad alte latitudini marziane dove potrebbe esistere acqua liquida, sta tentando altri approcci per rimuovere la contaminazione microbica, come la pulizia chimica di qualsiasi attrezzatura che viene a contatto con il campione. Il rompighiaccio (a questo punto un concetto non finanziato) portava un trapano capace di penetrare nel suolo per tre piedi. Un Segni di rilevamento della vita a bordo (SOLiD) analizzerebbe i campioni perforati per le bio-firme: molecole organiche, proteine, polisaccaridi e acidi nucleici compreso il DNA.

Solo spiando per una vasta gamma di possibili bio-firme gli scienziati sperano di evitare la trappola terrestre del filosofo Cleland: cercare solo il tipo di biologia che vediamo sulla Terra. ‘C’è una differenza tra la ricerca della vita su Marte e la ricerca di una vita diversa su Marte’, afferma Chris McKay, uno scienziato senior presso il centro Ames e il principale investigatore di Icebreaker. ‘La vita marziana potrebbe essere basata sul carbonio ed essere ancora aliena. La vera speranza è trovare una seconda genesi: cioè, la prova della vita non correlata all’albero della vita come si è evoluta sulla Terra. ‘
Proprio come le rocce lanciate dalla superficie marziana da antichi impatti hanno trovato la loro strada in Antartide, Il materiale organico proveniente dalla Terra potrebbe essere già stato trasportato su Marte, afferma McKay. Se è vero, qualsiasi microbo trovato su Marte potrebbe essere il nostro lontano cugino lontano. Da qui la necessità di testare gli acidi nucleici simili alla Terra come il DNA. Dice McKay: ‘Abbiamo bisogno di definire la vita aliena non geograficamente – cioè, proveniente da un altro pianeta – ma biochimicamente’.

La maggior parte della biologia sulla Terra si basa su circa 20 aminoacidi, ma in natura ci sono circa 500 composti di questo tipo. Scoprire forme di vita marziane basate su diversi aminoacidi indicherebbe una seconda genesi, indipendente dalla nostra. Così avrebbe trovato la vita di Marte che usava gli stessi amminoacidi degli organismi terrestri, ma con la chiralità della mano destra.

Cleland applaude qualsiasi ricerca che includa la possibile biochimica aliena. ‘Abbiamo bisogno di cercare caratteristiche che tutta la vita mostrerebbe, indipendentemente dalla chimica’, dice. ‘La vita è un sistema auto-organizzante. Quindi cerca modelli o gradi inaspettati di complessità. ‘La vita, continua, è’ uno stato fuori dall’equilibrio. Dobbiamo indagare sulle anomalie: cose che non dovrebbero esserci.

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