Co badania pradawnej Ziemi mogą nam powiedzieć o Marsie?
Chociaż pochodzenie życia pozostaje zagadką, jako potencjalne miejsca, w których mogło ono ewoluować, wymienia się kominy hydrotermalne i środowiska kwaśne. Sprawę komplikuje jednak fakt, że fosfor, podstawowy składnik życia, nie jest łatwo dostępny dla procesów biologicznych w takich środowiskach, ponieważ jest uwięziony w bogatych w wapń formacjach mineralnych. Ta intrygująca zagadka określana jest jako „problem fosforanów”. Jej rozwiązaniem mogą być jeziora węglanowe: „W tych warunkach wapń jest uwięziony w minerałach węglanowych, dzięki czemu fosfor jest łatwiej dostępny dla procesów chemii prebiotycznej”, wyjaśnia Fuencisla Cañadas Blasco, która przeprowadziła swoje badania przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”. Na Ziemi powstaje wiele środowisk węglanowych, a to za sprawą fotosyntezy, która zwiększa zasadowość, prowadząc do wytrącania się skał węglanowych. Natomiast o ile węglany występują obficie na Ziemi i są obecne we wszystkich okresach geologicznych, na Marsie należą do rzadkości. Takie skały zostały wykryte zaledwie w kilku miejscach, głównie dzięki obserwacjom satelitarnym. „Łazik Perseverance wysłany na Czerwoną Planetę w ramach misji Mars 2020 po raz pierwszy wykrył i bezpośrednio zebrał próbki węglanów, potwierdzając wcześniejsze obserwacje satelitarne. Rodzi się więc pytanie: czy węglany na Marsie były powiązane z obecnością życia?”, mówi Cañadas.
Biodostępny fosfor w skałach węglanowych sprzed 2,9 miliarda lat
Dokładniejsze poznanie procesów geochemicznych zachodzących na Ziemi może zostać wykorzystane przy analizie próbek z Marsa. Cañadas zebrała próbki z osadów sprzed 2,9 miliarda lat, znajdujących się zarówno w płytkich, jak i głębszych wodach. Pochodzą one z Kanady, gdzie znajduje się najstarsza platforma węglanowa na Ziemi. Skały są dobrze zachowane i zawierają jeden z najbardziej zróżnicowanych kompleksów struktur osadowych utworzonych przez sinice, znanych jako stromatolity. „Obejrzałam kilka wychodni skalnych, ale kolekcja pochodzi z rdzeni skalnych przekazanych przez firmy wydobywcze. Zaletą pracy z rdzeniami skalnymi jest to, że próbki nie były narażone na działanie powietrza lub wody, a zatem zmiany chemiczne lub fizyczne są ograniczone. Dzięki temu łatwiej zachowują się w nich pierwotne sygnatury geochemiczne”, stwierdza Cañadas. Po pozyskaniu próbek pracowała we Francji i Zjednoczonym Królestwie, stosując kombinację różnych technik geochemicznych w celu ilościowego określenia ilości biodostępnego fosforu.
Pradawne życie w epoce beztlenowych oceanów bogatych w żelazo
Dzięki przeprowadzonym analizom geochemicznym, zespół projektu MaPLE, prowadzonego przez Hiszpańską Narodową Radę Badań Naukowych w Centrum Astrobiologii, zrekonstruował obieg fosforu na wczesnej Ziemi i jego związek z produkcją tlenu i wczesnym życiem. „W ten sposób zidentyfikowaliśmy proces biogeochemiczny, który sprzyjał pojawieniu się i dywersyfikacji prostych form życia w okresie geologicznym charakteryzującym się beztlenowymi oceanami bogatymi w żelazo i atmosferą bogatą w CO2”, mówi Cañadas. Projekt przyniósł odpowiedzi dotyczące procesów, które zapoczątkowały jeden z najwcześniejszych okresów występowania natlenionych wód powierzchniowych na Ziemi. Cañadas dodaje: „Opisaliśmy funkcjonowanie cyklu fosforowego sprzed prawie 3 miliardów lat, w tym to, w jaki sposób procesy geochemiczne w głębokich wodach umożliwiły pojawienie się życia i tworzenie się węglanów w płytkich wodach”. Jak wyjaśnia, wymagało to drobiazgowych i wyczerpujących testów, aby zyskać pewność, że dane z pomiarów dokładnie odzwierciedlają oryginalne sygnatury geochemiczne sprzed 2,9 miliarda lat, a nie modyfikacje, które nastąpiły później.
Wykorzystanie danych z badań naziemnych do lepszego poznania Marsa
Obecnie Mars jest zimną, suchą planetą, ale 3-4 miliardy lat temu, gdy na Ziemi pojawiło się życie, na Marsie znajdowała się woda i występowały podobne warunki do zamieszkania jak na Ziemi. W takich warunkach na Ziemi powstało i rozwinęło się życie. Czy powstało jednak także na Marsie? „Środowiska deltowe są szczególnie korzystne, jeśli chodzi o możliwości zachowania potencjalnych biosygnatur, ponieważ procesy sedymentacyjne, które utworzyły deltę, mogą uwięzić i chronić materię organiczną i inne oznaki życia w zapisie geologicznym”, mówi Cañadas. W ramach misji Mars 2020 poszukujemy śladów starożytnego życia w kraterze Jezero. W kraterze znajduje się dobrze zachowana delta, co wyraźnie dowodzi, że kiedyś wypełniało go duże jezioro. Dane z misji Mars 2020 są publikowane trzy razy do roku przez Planetary Data System i są ogólnodostępne. Konkretne dane potrzebne w projekcie MaPLE zostały pozyskane na samym jego końcu. Nadal trwa jednak ocena wyników analiz. „Zamierzam przeanalizować dane zebrane w węglanowym obszarze krateru Jezero i mam nadzieję, że znajdę się w gronie badaczy, którzy będą mieli szczęście zbadać te węglanowe skały, gdy zostaną przywiezione z powrotem z Marsa w ramach misji Mars Sample Return Mission”, wyjaśnia Cañadas. Następnym krokiem jest ustalenie, dlaczego węglany są tak rzadkie na Marsie. Czy te węglany mogą być powiązane z występowaniem życia? „W Kanadzie węglany zawierające ślady pradawnego życia występują na obszarach, na których mogły znajdować się płytkie wody. W kraterze Jezero węglany występują na obrzeżach, również w płytkich obszarach. Czy ukształtowały je i wpłynęły na nie proste formy życia? A może powstały w wyniku procesów abiotycznych, które nie są związane z życiem? Jeśli były to procesy abiotyczne, dlaczego znajdujemy węglany na tak ograniczonym obszarze?”
Słowa kluczowe
MaPLE, UE, biodostępny fosfor, 2,9 miliarda lat temu, skały węglanowe, beztlenowe oceany bogate w żelazo, pochodzenie życia, Mars, krater Jezero, stromatolity, obieg fosforu