Czy Mars może mieć wystarczającą ilość tlenu, by podtrzymać życie?

0
Nowe wyniki badań zawdzieczamy odkryciu przez łązika NASA Curiosity tlenków manganu. Źródło: NASA/JPL/Cal-Tech

Dzisiejszy Mars może być bardziej gościnny pod względem oddychania tlenem niż wcześniej przypuszczano. Takie wnioski opublikowano ostatnio w Nature Geoscience. Planeta mogła mieć wystarczającą ilość tlenu, by podtrzymać życie. Naukowcy właśnie wpadli na pomysł, gdzie go szukać.

Nowe badanie sugeruje, że słona woda na powierzchni czerwonej planety lub w jej pobliżu może zawierać wystarczającą ilość rozpuszczonego tlenu, aby wspierać drobnoustroje oddychające tlenem, a nawet bardziej złożone organizmy, takie jak gąbki.

Możliwość, że życie może istnieć na Marsie, pobudzała wyobraźnię naukowców i pisarzy od ponad wieku. Odkąd Giovanni Schiaparelli (i później Percival Lowell) zauważył coś, co uważał za „kanały marsjańskie” w XIX wieku, ludzie marzyli o tym, by pewnego dnia wysłać emisariuszy na Czerwoną Planetę w nadziei na znalezienie cywilizacji i spotkanie z rodowitymi Marsjanami.

Podczas gdy programy Mariner i Wiking z lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych rozwiały nadzieje na cywilizację marsjańską, od tamtej pory pojawiło się wiele przesłanek, że życie mogło kiedyś istnieć na Marsie. Dzięki nowym badaniom, które wskazują, że Mars może mieć wystarczającą ilość tlenu gazowego zamkniętego pod jego powierzchnią, by wspierać organizmy tlenowe – teoria, że ​​życie wciąż może istnieć, otrzymała kolejny impuls.

Tlen na Marsie – historia

„Nikt nie myślał o Marsie jako miejscu, w którym oddychanie aerobowe (tlenowe) ma miejsce, ponieważ w atmosferze jest bardzo mało tlenu. Jednak jest możliwe, że ta planeta, tak odmienna od Ziemi, mogła dać szansę życiu tlenowemu.”

– powiedział Vlada Stamenkovic, naukowiec z Jet Propulsion Laboratory.

Roli, jaką tlen w postaci gazowej, mógł odgrywać historycznie na Marsie nie poświęcano zbyt wiele uwagi. Wynika to z faktu, że tlen stanowi bardzo mały procent atmosfery Marsa, która składa się głównie z dwutlenku węgla i metanu. Jednak dowody geochemiczne z marsjańskich meteorytów i skał bogatych w mangan na ich powierzchni wykazały wysoki stopień utlenienia.

Mogło to być skutkiem wody istniejącej na Marsie w przeszłości, co wskazywałoby, że tlen odgrywa rolę w chemicznym wietrzeniu marsjańskiej skorupy. Aby zbadać tę możliwość, Stamenkovic i jego zespół przeanalizowali dotychczasowe dowody:

  • Pierwszym z nich były dowody chemiczne z instrumentu łazika Curiosity Chemistry and Mineralogy (CheMin), które potwierdziły wysoki poziom utleniania w próbkach skał marsjańskich.
  • Po drugie, sprawdzili dowody uzyskane przez instrument sondy Mars Express Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS), który wskazywał na obecność wody pod południowym obszarem polarnym Marsa.

Korzystając z tych danych, zespół zaczął obliczać, ile tlenu może istnieć w podziemnych osadach podpowierzchniowych i czy to wystarczy, aby podtrzymywać organizmy tlenowe.

Tlen na współczesnym Marsie jest uwięziony w solankach?

Rozpoczęto od obliczeń rozpuszczalności tlenu w płynnych solankach (słonej wodzie i innych rozpuszczalnych minerałach) w warunkach marsjańskich. Przyjęto w nich, że tlen z atmosfery Marsa mógłby oddziaływać ze środowiskiem powierzchniowym i podpowierzchniowym – a zatem podlegać transferowi.

W ramach raportu naukowcy zidentyfikowali, które regiony Marsa najprawdopodobniej zawierają solanki o największej zawartości rozpuszczonego tlenu. To może pomóc NASA i innym agencjom kosmicznym w planowaniu wysyłania lądowników na przyszłe misje.

Powierzchnia Marsa nie jest tym, co można uważać za gościnne miejsce dla większości Ziemian. Na Ziemi 21 procent naszej atmosfery składa się z tlenu – dzięki licznym roślinom i innym organizmom, które wytwarzają tlen jako produkt uboczny fotosyntezy. Natomiast atmosfera marsjańska składa się z zaledwie 0.145% tlenu, zgodnie z danymi zebranymi przez łaziki marsjańskie.

Obecnie na Czerwonej Planecie powstaje bardzo mała ilość tlenu, gdy promieniowanie słoneczne oddziałuje z dwutlenkiem węgla w atmosferze planety. Ponadto atmosfera Marsa jest niezwykle cienka – 160 razy cieńsza od ziemskiej atmosfery. Temperatura na powierzchni często spada do minus 100 stopni Celsjusza, przez co niezwykle trudno jest istnieć ciekłej wodzie na powierzchni.

Czysta ciekła woda albo zamarzłaby, albo odparowała na Marsie. Jednak słona woda lub solanki mogły pozostać w stanie ciekłym na powierzchni planety lub tuż pod nią. Dzieje się tak, ponieważ woda zmieszana z solami ma niższą temperaturę zamarzania niż woda czysta.

W pierwszej części artykułu w Nature Geoscience autorzy wykorzystują modele komputerowe do wykazania, że ​​woda zmieszana z solami już obecnymi na Marsie może być stabilna w stanie ciekłym na powierzchni lub blisko niej. Następnym krokiem było ustalenie, ile rozpuszczonego tlenu może być pochłaniane z atmosfery.

„Jeśli na Marsie są solanki, wówczas tlen nie miałby innego wyboru, jak tylko przeniknąć do nich. Tlen byłby wszędzie.”

– powiedział Woody Fischer, geobiolog z Caltech.

Ile jest tego tlenu na Marsie?

Naukowcy obliczyli historyczne i przyszłe zmiany w nachyleniu Marsa, aby określić, w jaki sposób rozkład środowisk aerobowych ewoluował w ciągu ostatnich 20 milionów lat i jak mogą się one zmienić w następnych 10 milionach. Z tego wynika, że nawet w najgorszym przypadku, w skałach marsjańskich i zbiornikach podpowierzchniowych było dość tlenu, aby wesprzeć tlenowe drobnoustroje.

Z obliczeń wynika, że większość środowisk podpowierzchniowych na Marsie przekroczyła poziomy tlenu wymagane do oddychania tlenowego nawet o 6 rzędów wielkości. Jest to współmierne do poziomu tlenu w dzisiejszych oceanach Ziemi i wyższe niż to, co istniało na Ziemi przed Katastrofą Tlenową około 2,35 miliarda lat temu.

Aby obliczyć, ile tlenu mogą wchłonąć solanki, naukowcy musieli wziąć pod uwagę ich chemię, a także temperaturę i ciśnienie powietrza na powierzchni Marsa. Solanki pochłoną więcej tlenu, gdy temperatura będzie niższa, a ciśnienie powietrza wyższe. Ich wyniki pokazały, że współczesny Mars mógłby wspierać środowiska płynne z wystarczającą ilością rozpuszczonego tlenu. To z kolei mogłoby wspierać mikroby oddychające tlenem na całej planecie. Stwierdzili również, że stężenia tlenu będą szczególnie wysokie w solankach występujących w regionach polarnych, gdzie temperatury są chłodniejsze.

W regionach polarnych może występować wiele lokalizacji, w których istniały znacznie wyższe stężenia tlenu, co wystarczyłoby do wsparcia istnienia bardziej złożonych organizmów wielokomórkowych, takich jak gąbki. Tymczasem środowiska o pośrednich rozpuszczalnościach prawdopodobnie pojawią się w niższych obszarach bliżej równika, które mają wyższe naciski powierzchniowe – takie jak Hellas i Amazonis Planitia oraz Arabia i Tempe Terra.

Do tej pory prace te zostały wykonane za pomocą modelowania komputerowego. Ale eksperci twierdzą, że badanie wygląda solidnie. Na razie jednak nie mamy dowodów, czy na Marsie rzeczywiście istnieją solanki.

Następny krok: eksperymenty na Ziemi, potem na Marsie

Naukowcy w następnym kroku przeprowadzą eksperymenty na Ziemi, aby wprowadzić mikroby oddychające tlenem w solanki, które mogą znajdować się na Marsie, aby dowiedzieć się, jaki rodzaj chemii wystąpi i czy organizmy potrafią się w nich rozwijać. Innym krokiem byłoby wysłanie lądownika na Marsa, który może szukać solanek pod powierzchnią na różnych głębokościach.

„Niesamowita praca została wykonana przez NASA w celu znalezienia dowodów na istnienie dawnych środowisk nadających się do zamieszkania. Jestem wielkim promotorem poszukiwania aktualnych warunków sprzyjających życiu. Możemy to zrobić, zaczynając odkrywać, czy na Marsie znajduje się ciekła woda.”

– powiedział Vlada Stamenkovic.

Z tego wszystkiego zaczyna się wyłaniać obraz tego, jak życie na Marsie mogło migrować pod ziemię, zamiast po prostu zniknąć. W miarę, jak atmosfera była powoli usuwana, a powierzchnia ulegała schłodzeniu, woda zaczęła zamarzać i przemieszczać się w głąb ziemi w miejsca, gdzie znajdowała się wystarczająca ilość tlenu, by wspierać organizmy tlenowe niezależne od fotosyntezy. Praca naukowców otwiera drzwi do ekscytujących nowych badań i może zasadniczo zmienić sposób, w jaki patrzymy na Marsa.

Vlada Stamenkovic pracuje teraz nad stworzeniem nowego, niewielkiego narzędzia, które mogłoby zostać wykorzystane do znalezienia wody na Marsie i ustalenia jej zasolenia, bez konieczności kopania. Nazywa to TH2OR.

Komentarz redakcji:
Warto pamiętać, że na Ziemi najpierw rozwinęło się życie beztlenowe. Tlen jest trucizną dla bakterii beztlenowych. Nie wymagają one żadnego poziomu tlenu, aby przetrwać. Organizmy wielokomórkowe z drugiej strony prawdopodobnie nie mogą przetrwać, stosując metabolizm beztlenowy, ponieważ jest on znacznie mniej wydajny i nie zapewnia wystarczającej ilości energii.

Niedawno publikowaliśmy też informacje o tym, że na północy Marsa występuje więcej lodu niż sądziliśmy:

Więcej lodu na Marsie? Nowa mapa na to wskazuje