La vida probablemente existió alguna vez en Marte (y esto es lo que lo haría inhabitable)

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Hace cuatro mil millones de años, el sistema solar aún era joven. El proceso de formación de los planetas que lo constituyen estaba llegando a su fin, y bombardeo de asteroides al que fueron sometidos se ha atenuado.

Nuestro planeta es entonces volverse habitable luego, algún tiempo después (unas decenas o cientos de millones de años), habitada. La biosfera primitiva de la Tierra era muy diferente de lo que es hoy. La vida aún no había inventado fotosíntesissu principal fuente de energía en la actualidad.

Estos microbios primordiales -antepasados ​​comunes de todas las formas de vida actuales en la Tierra- debían, por tanto, sobrevivir en los océanos utilizando otra fuente de energía: el consumo de especies químicas liberadas por el interior del planeta a nivel de sistemas hidrotermales y volcanes. , que se acumulan como gases en la atmósfera.

llamados microorganismos “Metanógenos hidrogenotróficos”, una de las formas de vida más antiguas de nuestra biosfera, particularmente beneficiada por la composición atmosférica de la época. Estos microorganismos se alimentan de CO_dos (dióxido de carbono) y H_dos (dihidrógeno), entonces abundante en la atmósfera (el H_dos representó del 0,01 % al 0,1 % de la composición atmosférica, en comparación con aproximadamente el 0,00005 % actual), y por lo tanto cosechó suficiente energía colonizar la superficie de los océanos.

A cambio, liberaron grandes cantidades de metano (del que los metanógenos toman su nombre) a la atmósfera. Este poderoso gas de efecto invernadero se acumuló allí y calentó el clima, en un momento en que un sol menos brillante que el actual no necesariamente podía mantener por sí solo las condiciones templadas en la superficie del planeta.

similitudes con
historia terrenal?

La aparición de la vida en la Tierra podría, por tanto, participar, a través de los metanógenos, en la consolidación de la habitabilidad de nuestro planeta y en el establecimiento de condiciones favorables para la evolución y complejización de la biosfera terrestre durante el miles de millones de años que siguieron.

Si este es el escenario más probable para la evolución temprana de la habitabilidad de la Tierra, ¿qué pasa con los otros planetas del sistema solar? Tomemos el ejemplo de nuestro vecino, el planeta rojo. A medida que exploramos Marte, parece cada vez más seguro que al mismo tiempo se estaban desarrollando en el planeta rojo, o más específicamente bajo su superficie, condiciones ambientales similares a los que permitieron la abundancia de metanógenos en los océanos del planeta Tierra.

La vida microbiana marciana podría haber encontrado refugio en las duras condiciones de la superficie (especialmente a la radiación ultravioleta perjudiciales), temperaturas favorables compatibles con la presencia de agua líquida y una fuente de energía potencialmente abundante en forma de gases atmosféricos que se difunden en la corteza.

Entonces, es bastante natural que nuestro grupo de investigación se hiciera la siguiente pregunta: ¿lo que sucedió en la Tierra también podría haber sucedido en el planeta rojo?

Un retrato de Marte detrás
cuatro mil millones de años

Para responder a esta pregunta, emparejamos tres modelos. Nuestros resultados acaban de publicarse en la revista científica astronomía de la naturaleza. El primero prevé vulcanismo en la superficie de Martela química interna de su atmósfera y el escape de ciertas especies químicas al espacio determinan la presión y composición de la atmósfera. Estas características luego determine el clima.

El segundo modelo describe las características fisicoquímicas de la corteza porosa de Marte: temperatura, composición química, presencia de agua líquida. Estos están determinados en parte por las condiciones de la superficie (temperatura de la superficie, composición atmosférica) y en parte por las características internas del planeta (gradiente térmico interno, grado de porosidad de la corteza).

Por tanto, estos dos primeros modelos nos permiten simular el entorno superficial y subterráneo de un Marte joven. Sin embargo, quedan muchas incertidumbres con respecto a las principales características de este ambiente (intensidad del vulcanismo en el momento, gradiente térmico de la corteza).

Para remediar este problema, exploramos en el modelo una gran cantidad de posibilidades de cuáles podrían haber sido estas características, generando así un conjunto de escenarios de cómo podría haber sido Marte hace cuatro mil millones de años.

Mapas topográficos de Marte hace unos 4 mil millones de años en las etapas temprana, media y tardía, el período completo abarca desde unas pocas decenas hasta cientos de miles de años, y la evolución de la capa de hielo superficial de Marte (en blanco) como su clima superficial se enfría bajo la influencia de microorganismos metanogénicos hidrogenotróficos. | Boris SautereyFproporcionada por el autor

El tercer y último modelo describe la biología de hipotéticos microorganismos metanogénicos marcianos. Se basa en la suposición de que estos últimos serían similares a los metanógenos terrestres, al menos desde el punto de vista de sus requerimientos energéticos. Nos permite evaluar la habitabilidad de nuestros microbios, en relación con las condiciones ambientales subterráneas de Marte, en cada uno de los escenarios ambientales generados por los dos modelos anteriores.

Si estos son habitables, el modelo evalúa cuántos de estos microorganismos podrían haber sobrevivido bajo la superficie de Marte y, junto con los modelos de corteza y superficie, la influencia de esta biosfera microbiana subterránea en la composición química de la corteza, la atmósfera y el clima. Establecer el vínculo entre la escala microscópica de la biología de los microbios metanogénicos y la escala global de Clima de Marteel acoplamiento de estos tres modelos permite, por tanto, simular el comportamiento de un ecosistema planetario marciano.

Una vida subterránea muy probable

un numero depistas geológicas indican que Agua líquida Circuló en la superficie de Marte hace cuatro mil millones de años, formando ríos, lagos e incluso potencialmente océanos. Por lo tanto, el clima de Marte era más templado de lo que es hoy. Para explicar tal clima, nuestro modelo de superficie estima que la atmósfera de Marte era densa (aproximadamente tanto como la atmósfera actual de la Tierra) y particularmente rica en CO._dos y H_dosincluso más que la atmósfera de la Tierra en ese momento.

Este contexto atmosférico particularmente rico en CO_dos habría dado de hecho la H_dos atmósfera las características de un gas de efecto invernadero particularmente potente, más potente de lo que habría sido, en las mismas condiciones, CH₄. En otras palabras, el 1% de H_dos en la atmósfera luego calentó el clima de Marte en más del 1% CH₄.

En algunos de los escenarios producidos por nuestro modelo, este efecto invernadero no es suficiente para producir las condiciones climáticas necesarias para mantener el agua líquida en la superficie de Marte: el planeta rojo queda entonces cubierto de hielo. Si bien existen temperaturas viables en lo profundo de la corteza, permanece inhabitable: bloqueada por hielo superficial, CO_dos y la H_dos Los gases atmosféricos, una fuente de energía esencial para la vida metanogénica, no pueden penetrar la corteza.

Sin embargo, en la mayoría de nuestros escenarios, la presencia de agua líquida en la superficie de Marte es posible al menos en las regiones más cálidas. En estas regiones, el CO_dos y la H_dos atmósferas pueden penetrar la corteza. Nuestro modelo biológico predice entonces que en todos estos escenarios, los microorganismos metanogénicos habrían encontrado temperaturas viables y habrían tenido acceso a una fuente de energía suficiente para su supervivencia en los primeros cien metros de la corteza.

Para resumir, si bien actualmente no tenemos evidencia objetiva de vida pasada o presente en Marte, es muy probable que la corteza de Marte haya albergado una biosfera subterránea compuesta por microorganismos metanogénicos hace cuatro mil millones de años.

Un clima brutalmente frío

¿Podrían estos metanogénicos marcianos hipotéticos, como sus contrapartes terrestres, haber calentado el clima de su planeta? Nuestra historia se vuelve menos optimista aquí. Una biosfera subterránea basada en la metanogénesis habría alterado profundamente la atmósfera de Marte, consumiendo la gran mayoría de su H_dos y liberando una cantidad significativa de CH₄.

Ahora, como hemos visto, la H_dos es, en el contexto de la atmósfera primitiva de Marte, un gas de efecto invernadero más potente que el CH₄. Mientras que el surgimiento de la metanogénesis en la Tierra participó en el establecimiento de un clima favorable, consolidando así la habitabilidad terrestre, una vida metanogénica marciana habría consumido la mayor parte del H_dos La atmósfera de Marte enfrió repentinamente el clima varias decenas de grados y participó en la expansión de la capa de hielo.

En regiones aún libres de hielo superficial, nuestros microorganismos probablemente también tendrían que profundizar mucho más en la corteza para encontrar temperaturas viables, alejándose así de su fuente de energía atmosférica. Por lo tanto, Marte se habría vuelto, bajo la influencia de la vida, mucho menos acogedor de lo que fue inicialmente.

Tendencia a la autodestrucción

En la década de 1970, James Lovelock y Lynn Margulis desarrollaron la hipótesis de Gaia, según el cual la habitabilidad de la Tierra se mantendría mediante una autorregulación armoniosa y mutua de la biosfera terrestre y del planeta Tierra. Nosotros, la especie humana, fuimos una desafortunada excepción a esto.

Este concepto condujo al surgimiento de la idea del «cuello de botella de Gaia»: quizás no son las condiciones necesarias para la vida las que faltan en el universo, sino la capacidad para la vida una vez que surge. , mantener la habitabilidad a largo plazo de su entorno planetario.

Lo que sugiere nuestro estudio es aún más pesimista. Como muestra el ejemplo de la metanogénesis en Marte, incluso la vida más simple puede, bajo ciertas condiciones, comprometer activamente la habitabilidad de su entorno planetario. ¿Es posible entonces que esta tendencia a la autodestrucción limite la abundancia de vida en el universo?

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