El carbono es fundamental para la vida, hasta donde sabemos. Entonces, cada vez que detectamos una fuerte huella de carbono en algún lugar como Marte, podría indicar actividad biológica.
¿La fuerte señal de carbono en las rocas marcianas indica algún tipo de proceso biológico?
Cualquier señal fuerte de carbono es interesante cuando buscas vida. Es un componente común de toda la vida tal como la conocemos. Pero hay diferentes tipos de carbono, y el carbono se puede concentrar en el medio ambiente por otras razones. No significa automáticamente que la vida esté involucrada en la huella 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. Existen tres isótopos de carbono de forma natural: C12 y C13, que son isótopos estables, y C14, que son radionúclidos. C12 contiene seis neutrones, C13 contiene siete neutrones y C14 contiene 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 las moléculas, hace menos conexiones que C13 en la misma posición. La vida es básicamente perezosa, y siempre te esforzarás por encontrar la forma más fácil de hacer las cosas. C12 es más fácil de usar porque forma menos enlaces que C13. Es más fácil llegar a C13, y la vida nunca toma el camino difícil cuando hay un camino más fácil disponible.
Curiosity está trabajando duro en el cráter Gale de Marte, en busca de señales de vida. Excava las rocas, extrae una muestra pulverizada y la coloca en el laboratorio de química a bordo. El Laboratorio de Curiosidad se llama SAM, que significa Análisis de muestra en Marte. Dentro del SAM, el rover utiliza la pirólisis para hornear la muestra y convertir el carbono de la roca en metano. La pirólisis se lleva a cabo en un flujo de helio inerte para evitar cualquier contaminación en el proceso. Luego explora el gas con un instrumento llamado espectrómetro láser sintonizable Conocer los isótopos de carbono presentes en el metano.
El instrumento de análisis de muestras en Marte se llama SAM. SAM consta de tres instrumentos diferentes que buscan y miden sustancias químicas orgánicas y elementos ligeros que son componentes potencialmente importantes de la vida. Crédito: NASA/JPL-Caltech
El equipo detrás del sistema SAM Curiosity analizó 24 muestras de rocas en este proceso y recientemente descubrió algo digno de mención. Seis de las muestras mostraron niveles elevados de C12 a C13. En comparación con el 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 de C12. En la Tierra, el 98,93 % del carbono es C12 terrestre y el C13 constituye el 1,07 % restante.
Un nuevo estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) presenta los resultados. su titulo»Se observaron composiciones de isótopos de carbono empobrecidos en Gale Crater, Marte.El autor principal es Christopher House, un científico curioso de la Universidad de Penn State.
Es un descubrimiento emocionante, y si estos resultados se obtuvieron en la Tierra, indicarían que un proceso biológico produjo una gran cantidad de C12.
En la Tierra antigua, las bacterias pelágicas producían metano como subproducto. Ellos se llaman metanógenos, que son procariotas del dominio Archaea. Los metanógenos todavía se encuentran hoy en la Tierra, en humedales con poco oxígeno, en el tracto digestivo de los rumiantes y en ambientes hostiles como las aguas termales.
Estas bacterias producen metano, que ingresa a la atmósfera y reacciona con la luz ultravioleta. Estas interacciones producen moléculas más complejas que caen a la superficie de la Tierra. Se han conservado en las rocas de la Tierra junto con sus huellas de carbono. Lo mismo pudo haber sucedido en Marte, y si sucedió, podría explicar los descubrimientos de Curiosity.
Pero esto es Marte. Si algo nos dice la historia de la búsqueda de vida en Marte, no es que debamos adelantarnos.
«Estamos encontrando cosas interesantes en Marte, pero realmente necesitamos más evidencia para decir que hemos identificado vida», dijo Paul Mahaffey, ex investigador principal que analiza muestras de Curiosity en el Laboratorio de Marte. «Así que estamos viendo cuál podría haber sido la causa de la firma de carbono que estamos viendo, si no la vida».
Curiosity capturó esta foto panorámica de 360 grados el 9 de agosto de 2018 en Vera Rubin Ridge. Fuente: NASA/JPL-Caltech/MSSS
En su artículo, los autores escribieron: “Existen múltiples explicaciones plausibles para aquellos que están anormalmente agotados. 13C se observa en el metano en evolución, pero no se puede aceptar una explicación única sin más investigación. «
Una dificultad para comprender las huellas de carbono como estas es el llamado sesgo de tierra. La mayor parte de lo que los científicos saben sobre la química de la atmósfera y cosas relacionadas se basa en la Tierra. Entonces, cuando se trata de la firma de carbono recién descubierta en Marte, a los científicos les puede resultar difícil 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.
La astrobióloga de Goddard, Jennifer L. Eigenbrod, quien participó en el estudio del carbono, dijo. Anteriormente, Eigenbrode dirigió un equipo internacional de científicos de Curiosity en el descubrimiento de innumerables moléculas orgánicas, que contienen carbono, en la superficie de Marte.
«Necesitamos abrir nuestras mentes y pensar fuera de la caja, y eso es lo que hace este documento», dijo Eigenbrod.
Los investigadores citaron dos explicaciones no biológicas para la inusual firma de carbono en su artículo. Uno de ellos 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. Este 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 podría ser rica en el tipo más ligero de carbono Curiosity descubierto en el cráter Gale. Es posible que la nube haya enfriado significativamente a Marte, lo que provocó que se produjera una glaciación en este escenario. El enfriamiento y la formación de hielo impedían que el carbono más ligero de las nubes moleculares se mezclara con el otro carbono de Marte, creando depósitos de dióxido de carbono elevado. El documento establece que «el derretimiento de los glaciares durante el período glacial y el retroceso del hielo a partir de entonces deberían dejar partículas de polvo interestelar en la superficie geomorfológica».
La hipótesis encaja ya que Curiosity ha encontrado algunos niveles altos de C12 en las cimas de las crestas, como Vera Rubin Ridge, y otros puntos altos en el cráter Gale. Las muestras se recolectaron de «… una variedad de rocas (arcilla, arena y arenisca) y se distribuyeron provisionalmente durante las operaciones de la misión hasta la fecha», afirma el documento. Sin embargo, la hipótesis de la nube molecular es una cadena de eventos improbable.
El rover Curiosity de la NASA levanta su brazo robótico con el taladro apuntando hacia el cielo mientras explora Vera Rubin Ridge en la base del monte Sharp dentro del cráter Gale, flanqueado por un borde de cráter distante. Este mosaico de cámara Navcam está cosido a partir de imágenes sin procesar tomadas en Sol 1833, el 2 de octubre de 2017, y ha sido coloreado. Crédito: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.
Otra hipótesis no biológica implica la luz ultravioleta. La atmósfera marciana contiene más del 95% de dióxido de carbono y, en este escenario, la luz ultravioleta puede reaccionar con el gas de dióxido de carbono en la atmósfera marciana, lo que da como resultado nuevas partículas que contienen carbono. Las partículas habrían llovido sobre Marte y se habrían convertido en parte de las rocas allí. Esta hipótesis es similar a cómo los metanógenos producen indirectamente C12 en la Tierra, pero es completamente abiótica.
«Las tres explicaciones se ajustan a los datos», dijo el autor principal, Christopher House. «Simplemente necesitamos más datos para descartarlos o excluirlos».
Esta cifra del estudio aclara las tres hipótesis que podrían explicar la firma de carbono. El azul muestra el metano producido biológicamente en el interior de Marte, que precipitó la materia orgánica empobrecida 13 °C después de la fotólisis. El naranja muestra reacciones fotoquímicas a través de la luz ultravioleta que pueden generar muchos productos atmosféricos, algunos de los cuales pueden depositarse como materia orgánica con enlaces químicos que se rompen fácilmente. Gray muestra la hipótesis de la nube molecular. Crédito: Casa et al. 2022.
«En la Tierra, los procesos que producen la señal de carbono que detectamos en Marte son procesos biológicos», agregó House. «Tenemos que entender si la misma explicación funciona para Marte o si hay otras explicaciones porque Marte es completamente diferente».
Aproximadamente la mitad de las muestras de Curiosity contenían niveles inesperadamente altos de C12. No solo es más alta que la proporción de la Tierra; Es más alto que lo que los científicos han encontrado en los meteoritos marcianos y en la atmósfera marciana. Las muestras provinieron de cinco sitios en Gale Crater, y todos los sitios tenían una cosa en común: tenían techos antiguos bien conservados.
Como dijo Paul Mahaffy, los resultados son «impresionantemente intrigantes». Pero los científicos todavía están aprendiendo sobre el ciclo del carbono en Marte y todavía no sabemos mucho. Es tentador hacer suposiciones sobre el ciclo del carbono en Marte basándose en el ciclo del carbono en la Tierra. Pero el carbono puede circular a través de Marte en formas que aún no hemos adivinado. Si esta firma de carbono es o no en última instancia una señal de vida, 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 podría encajar la vida en ese ciclo», dijo Andrew Steele, un científico curioso de la Carnegie Institution for Science en Washington, D.C. «Lo hemos hecho con 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 en la Tierra. Steele explicó esto cuando dijo: «Hay una gran parte del ciclo del carbono en la Tierra que incluye la vida, y debido a la vida, hay una gran parte del ciclo del carbono en la Tierra que no entendemos porque dondequiera que miremos, hay vida .»
El rover Perseverance de la NASA busca signos de vida antigua en Marte en el cráter Jezero. Los resultados de Curiosity podrían informar las actividades de muestreo de persistencia. Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Curiosity todavía está operando en Marte y lo estará por un tiempo. El significado de estas muestras, junto con una mejor comprensión del ciclo del carbono en Marte, está por venir. Curiosity tomará más muestras de rocas para medir las concentraciones de isótopos de carbono. Tomará muestras de rocas de otras superficies antiguas bien conservadas para ver si los resultados son similares a esos. Idealmente, encontraría otra columna de metano y la tomaría como muestra, pero estos eventos son impredecibles y no hay forma de prepararse para uno.
De cualquier manera, estos resultados ayudarán en la recolección de muestras de persistencia 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 estas muestras más activamente que el laboratorio del rover, así que quién sabe qué aprenderemos.
La vida antigua en Marte es una posibilidad tentadora, pero por ahora, al menos, no es segura.
Publicado originalmente en universo hoy.
Para obtener más información sobre esta investigación, consulte:
Referencia: «Composiciones de isótopos de carbono empobrecidos observadas en el cráter Gale, Marte» por Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin y Paul R. Mahaffey, 17 de enero de 2022, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119