El carbono es fundamental para la vida, hasta donde sabemos. Entonces, cada vez que detectamos una fuerte firma de carbono en algún lugar como Marte, podría indicar actividad biológica.
¿Una fuerte señal de carbono en las rocas marcianas indica procesos biológicos de algún tipo?
Cualquier señal fuerte de carbono es intrigante cuando estás buscando vida. Es un elemento común en todas las formas de vida que conocemos. Pero hay diferentes tipos de carbono, y el carbono puede concentrarse en el medio ambiente por otras razones. No significa automáticamente que la vida esté involucrada en las firmas de carbono.
Los átomos de carbono siempre tienen seis protones, pero el número de neutrones puede variar. Los átomos de carbono con diferente número de neutrones se llaman isótopos. Tres isótopos de carbono ocurren naturalmente: C12 y C13, que son estables, y C14, un radionúclido. C12 tiene seis neutrones, C13 tiene siete neutrones y C14 tiene ocho neutrones.
Cuando se trata de isótopos de carbono, la vida prefiere C12. Lo utilizan en la fotosíntesis o para metabolizar los alimentos. La razón es relativamente simple. C12 tiene un neutrón menos que C13, lo que significa que cuando se une con otros átomos en moléculas, hace menos conexiones que C13 en la misma situación. La vida es esencialmente perezosa y siempre buscará la manera más fácil de hacer las cosas. C12 es más fácil de usar porque forma menos enlaces que C13. Es más fácil llegar a él que a C13, y la vida nunca toma el camino difícil cuando hay un camino más fácil disponible.
El rover Curiosity está trabajando arduamente en el cráter Gale de Marte, en busca de signos de vida. Perfora la roca, extrae una muestra pulverizada y la coloca en su laboratorio de química a bordo. El laboratorio de Curiosity se llama SAM, que significa Análisis de muestras en Marte. Dentro de SAM, el rover utiliza la pirólisis para hornear la muestra y convertir el carbono de la roca en metano. La pirólisis se realiza en un flujo de helio inerte para evitar cualquier contaminación en el proceso. Luego sondea el gas con un instrumento llamado Espectrómetro láser sintonizable para averiguar qué isótopos de carbono hay en el metano.
La herramienta Sample Analysis at Mars se llama SAM. SAM se compone de tres instrumentos diferentes que buscan y miden sustancias químicas orgánicas y elementos ligeros que son ingredientes importantes potencialmente asociados con la vida. Crédito: NASA/JPL-Caltech
El equipo detrás de SAM de Curiosity analizó 24 muestras de rocas con este proceso y recientemente descubrió algo digno de mención. Seis de las muestras mostraron proporciones elevadas de C12 a C13. En comparación con un estándar de referencia basado en la Tierra para las proporciones C12/C13, las muestras de estos seis sitios contenían más de 70 partes por mil más de C12. En la Tierra, el 98,93 % del carbono es C12 terrestre y el C13 forma el 1,07 % restante.
Un nuevo estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) presentó los hallazgos. Su título es “Composiciones de isótopos de carbono empobrecidos observadas en el cráter Gale, Marte.El autor principal es Christopher House, científico de Curiosity en la Universidad de Penn State.
Es un hallazgo emocionante, y si estos resultados se obtuvieron en la Tierra, indicarían que un proceso biológico produjo la abundancia de C12.
En la Tierra antigua, las bacterias de la superficie producían metano como subproducto. Ellos se llaman metanógenos, y son procariotas del dominio Archaea. Los metanógenos todavía están presentes en la Tierra, en los humedales anóxicos, en el tracto digestivo de los rumiantes y en ambientes extremos como las aguas termales.
Estas bacterias producen metano que ingresa a la atmósfera, interactuando con la luz ultravioleta. Esas interacciones producen moléculas más complejas que llovieron sobre la superficie de la Tierra. Están preservados en las rocas de la Tierra, junto con sus huellas de carbono. Lo mismo podría haber sucedido en Marte, y si sucedió, podría explicar los hallazgos de Curiosity.
Pero esto es marzo. Si la historia de la búsqueda de vida en Marte nos dice algo, es que no nos adelantemos.
“Estamos encontrando cosas en Marte que son tentadoramente interesantes, pero realmente necesitaríamos más evidencia para decir que hemos identificado vida”, dijo Paul Mahaffy, ex investigador principal del análisis de muestras de Curiosity en el laboratorio de Marte. “Así que estamos viendo qué más podría haber causado la firma de carbono que estamos viendo, si no es vida”.
Curiosity tomó esta panorámica de 360 grados el 9 de agosto de 2018 en Vera Rubin Ridge. Créditos: NASA/JPL-Caltech/MSSS
En su artículo, los autores escriben: “Existen múltiples explicaciones plausibles para el agotamiento anómalo 13C observado en el metano evolucionado, pero no se puede aceptar ninguna explicación sin más investigación”.
Una de las dificultades para comprender las firmas de carbono como esta es nuestro llamado sesgo de la Tierra. La mayor parte de lo que los científicos saben sobre la química atmosférica y cosas relacionadas se basa en la Tierra. Entonces, cuando se trata de esta firma de carbono recientemente detectada en Marte, los científicos pueden tener dificultades para mantener sus mentes abiertas a nuevas posibilidades que pueden no existir en Marte. La historia de la búsqueda de vida en Marte nos lo dice.
“Lo más difícil es dejar de lado la Tierra y dejar de lado ese sesgo que tenemos y realmente tratar de adentrarnos en los fundamentos de la química, la física y los procesos ambientales en Marte”, dijo la astrobióloga de Goddard Jennifer L. Eigenbrode, quien participó en el estudio de carbono Anteriormente, Eigenbrode dirigió un equipo internacional de científicos de Curiosity en la detección de innumerables moléculas orgánicas, que contienen carbono, en la superficie marciana.
“Necesitamos abrir nuestras mentes y pensar fuera de la caja”, dijo Eigenbrode, “y eso es lo que hace este documento”.
Los investigadores señalan dos explicaciones no biológicas para la inusual firma de carbono en su artículo. Uno involucra nubes moleculares.
La hipótesis de la nube molecular establece que nuestro Sistema Solar pasó a través de una nube molecular hace cientos de millones de años. Ese es un evento raro, pero ocurre una vez cada 100 millones de años, por lo que los científicos no pueden descartarlo. Las nubes moleculares son principalmente hidrógeno molecular, pero una puede haber sido rica en el tipo de carbono más ligero detectado por Curiosity en Gale Crater. La nube habría causado que Marte se enfriara, provocando la glaciación en este escenario. El enfriamiento y la glaciación habrían impedido que el carbono más ligero de las nubes moleculares se mezclara con el resto del carbono de Marte, creando depósitos de C12 elevado. El documento establece que «el derretimiento de los glaciares durante el período glacial y la retirada del hielo después deberían dejar las partículas de polvo interestelar en la superficie geomorfológica del glaciar».
La hipótesis encaja ya que Curiosity encontró algunos de los niveles elevados de C12 en la parte superior de las crestas, como la parte superior de Vera Rubin Ridge, y otros puntos altos en el cráter Gale. Las muestras se recolectaron de «… una variedad de litologías (lutita, arena y arenisca) y se distribuyen temporalmente a lo largo de las operaciones de la misión hasta la fecha», afirma el documento. Aún así, la hipótesis de la nube molecular es una cadena de eventos poco probable.
El rover Curiosity de la NASA levantó su brazo robótico con el taladro apuntando hacia el cielo mientras exploraba Vera Rubin Ridge en la base del monte Sharp dentro del cráter Gale, con el borde del cráter distante como telón de fondo. Este mosaico de cámara Navcam se cosió a partir de imágenes sin procesar tomadas el Sol 1833, el 2 de octubre de 2017, y se coloreó. Crédito: NASA/JPL/Ken Kremer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo.
La otra hipótesis no biológica implica la luz ultravioleta. La atmósfera de Marte tiene más del 95% de dióxido de carbono, y en este escenario, la luz ultravioleta habría interactuado con el gas de dióxido de carbono en la atmósfera de Marte produciendo nuevas moléculas que contienen carbono. Las moléculas habrían llovido sobre la superficie de Marte y se habrían convertido en parte de la roca allí. Esta hipótesis es similar a cómo los metanógenos producen indirectamente C12 en la Tierra, pero es completamente abiótico.
«Las tres explicaciones se ajustan a los datos», dijo el autor principal Christopher House. «Simplemente necesitamos más datos para descartarlos».
Esta figura del estudio muestra las tres hipótesis que podrían explicar la firma de carbono. El azul muestra el metano producido biológicamente desde el interior de Marte, creando la deposición de material orgánico empobrecido en 13C después de la fotólisis. El naranja muestra reacciones fotoquímicas a través de la luz ultravioleta que pueden generar varios productos atmosféricos, algunos de los cuales se depositarían como material orgánico con enlaces químicos que se rompen fácilmente. El gris muestra la hipótesis de la nube molecular. Crédito: Casa et al. 2022.
“En la Tierra, los procesos que producirían la señal de carbono que estamos detectando en Marte son biológicos”, agregó House. “Tenemos que entender si la misma explicación funciona para Marte o si hay otras explicaciones porque Marte es muy diferente”.
Casi la mitad de las muestras de Curiosity tenían niveles inesperadamente elevados de C12. No solo son más altos que la proporción de la Tierra; son más altos que los que los científicos han encontrado en los meteoritos marcianos y en la atmósfera marciana. Las muestras provinieron de cinco ubicaciones en Gale Crater, y todas las ubicaciones tenían una cosa en común: tienen superficies antiguas y bien conservadas.
Como dijo Paul Mahaffy, los hallazgos son «tentadoramente interesantes». Pero los científicos todavía están aprendiendo sobre el ciclo del carbono de Marte, y hay muchas cosas que todavía ignoramos. Es tentador hacer suposiciones sobre el ciclo del carbono de Marte basándose en el ciclo del carbono de la Tierra. Pero el carbono puede circular a través de Marte en formas que aún no hemos imaginado. Ya sea que esta firma de carbono termine siendo una señal de vida o no, sigue siendo un conocimiento valioso cuando se trata de comprender la firma de carbono de Marte.
“Definir el ciclo del carbono en Marte es absolutamente clave para tratar de entender cómo la vida podría encajar en ese ciclo”, dijo Andrew Steele, científico de Curiosity con sede en la Carnegie Institution for Science en Washington, DC “Lo hemos hecho con mucho éxito en la Tierra. , pero apenas estamos comenzando a definir ese ciclo para Marte”.
Pero no es fácil sacar conclusiones sobre Marte basándose en el ciclo del carbono de la Tierra. Steele lo dejó claro cuando dijo: «Hay una gran parte del ciclo del carbono en la Tierra que involucra la vida, y debido a la vida, hay una parte del ciclo del carbono en la Tierra que no podemos entender porque dondequiera que miremos, hay vida.»
El rover Perseverance de la NASA está buscando signos de vida antigua en Marte en el cráter Jezero. Los resultados de Curiosity pueden informar las actividades de muestreo de Perseverance. Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Curiosity todavía está trabajando en Marte y lo estará por un tiempo todavía. El significado de estas muestras, junto con una mejor comprensión del ciclo del carbono de Marte, está por venir. Curiosity tomará muestras de más rocas para medir las concentraciones de isótopos de carbono. Tomará muestras de roca de otras superficies antiguas bien conservadas para ver si los resultados son similares a estos. Idealmente, encontraría otra columna de metano y la tomaría como muestra, pero esos eventos son impredecibles y no hay forma de prepararse para uno.
De cualquier manera, estos resultados ayudarán a informar la recolección de muestras de Perseverance en el cráter Jezero. La perseverancia puede confirmar señales de carbono similares e incluso determinar si son biológicas o no.
La perseverancia también está recolectando muestras para regresar a la Tierra. Los científicos estudiarán esas muestras de manera más efectiva que el laboratorio a bordo del rover, así que quién sabe qué aprenderemos.
La vida antigua en Marte es una perspectiva tentadora, pero por ahora, al menos, es incierta.
Publicado originalmente el Universo hoy.
Para más información sobre esta investigación, consulte:
Referencia: «Composiciones de isótopos de carbono empobrecidos observadas en el cráter Gale, Marte» por Christopher H. House, Gregory M. Wong, Christopher R. Webster, Gregory J. Flesch, Heather B. Franz, Jennifer C. Stern, Alex Pavlov, Sushil K Atreya, Jennifer L. Eigenbrode, Alexis Gilbert, Amy E. Hofmann, Maëva Millan, Andrew Steele, Daniel P. Glavin, Charles A. Malespin y Paul R. Mahaffy, 17 de enero de 2022, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119
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