Mogelijk heeft er ooit leven op Mars bestaan ​​(waardoor het onbewoonbaar zou zijn geworden)

Leestijd: 7 minuten

Vier miljard jaar geleden was het zonnestelsel nog jong. Het vormingsproces van de planeten die het vormden liep ten einde, en asteroïde bombardementen Waar ze aan werden blootgesteld, was slopend.

Dan onze planeet bewoonbaar worden Daarna, later (enkele tientallen of honderden miljoenen jaren), bewoond. De primitieve biosfeer van de aarde was heel anders dan nu. Het leven is nog niet uitgevonden FotosyntheseDe belangrijkste energiebron van vandaag.

Dus deze primitieve microben – de gemeenschappelijke voorouders van al het huidige leven op aarde – moesten in de oceanen overleven met een andere energiebron: het consumeren van de chemische soorten die vrijkomen door het binnenste van de planeet op het niveau van hydrothermale systemen en vulkanen. En de die zich als gassen in de atmosfeer hebben opgehoopt.

micro-organismen genoemd “waterstof methanogenen”, een van de oudste vormen van leven in onze biosfeer, en het profiteerde vooral van de vorming van de atmosfeer in die tijd. Deze micro-organismen voeden zich met koolstofdioxide₂ (kooldioxide) en H₂ (diwaterstof), dan is het overvloedig aanwezig in de atmosfeer (H₂ Het vertegenwoordigt 0,01% tot 0,1% van de atmosferische samenstelling, vergeleken met ongeveer 0,00005% vandaag), en wordt dus geoogst genoeg energie het oceaanoppervlak te koloniseren.

Op hun beurt lieten ze grote hoeveelheden methaan (waaraan methanogenen hun naam ontlenen) in de atmosfeer vrij. Een krachtig broeikasgas verzamelde zich daar en verwarmde het klimaat, in een tijd dat de zon die minder fel was dan vandaag de gematigde omstandigheden op het aardoppervlak niet op eigen kracht kon handhaven.

Overeenkomsten met
Geschiedenis van de aarde?

Daarom was de opkomst van het leven op aarde in staat om, door middel van methanogenen, deel te nemen aan het verbeteren van de bewoonbaarheid van onze planeet en het creëren van gunstige voorwaarden voor de ontwikkeling en complexiteit van de terrestrische biosfeer tijdens Miljarden jaren later.

Als dit het meest waarschijnlijke scenario is voor de vroege evolutie van de bewoonbaarheid van de aarde, hoe zit het dan met de andere planeten in het zonnestelsel? Neem het voorbeeld van onze buurman, de Rode Planeet. Terwijl we Mars verkennen, lijkt het steeds zekerder dat het zich tegelijkertijd ontwikkelde op de Rode Planeet, of meer specifiek onder het oppervlak, Vergelijkbare omgevingsomstandigheden Voor degenen die methanogenen hebben laten circuleren in de oceanen van planeet Aarde.

Het microbiële leven van Mars heeft mogelijk beschutting gevonden in ruwe oppervlakteomstandigheden (vooral UV schadelijk), gunstige temperaturen die verenigbaar zijn met de aanwezigheid van vloeibaar water, en een potentieel overvloedige energiebron in de vorm van atmosferische gassen verspreid in de korst.

Het is dus niet meer dan normaal dat onze onderzoeksgroep zichzelf de volgende vraag stelt: kan wat er op aarde is gebeurd ook gebeuren op de rode planeet?

Een foto van Mars eerder
Vier miljard jaar

Om deze vraag te beantwoorden, hebben we drie modellen gekoppeld. Onze resultaten zijn zojuist gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift natuurlijke astronomie. De eerste voorspelt hoe Vulkanen op MarsDe interne chemie van de atmosfeer en het ontsnappen van sommige chemische soorten in de ruimte bepalen de druk en samenstelling van de atmosfeer. deze kenmerken Selecteer vervolgens het klimaat.

Beschrijft het tweede model: Fysische en chemische eigenschappen van de poreuze korst van Mars: temperatuur, chemische samenstelling, aanwezigheid van vloeibaar water. Het wordt deels bepaald door de oppervlaktecondities (oppervlaktetemperatuur, atmosfeersamenstelling) en deels door de interne eigenschappen van de planeet (interne thermische gradiënt, porositeitsgraad van de korst).

Met deze eerste twee modellen kunnen we de oppervlakte- en ondergrondse omgeving van een jonge Mars simuleren. Er blijven echter veel onzekerheden over de belangrijkste kenmerken van deze omgeving (de intensiteit van vulkanische activiteit op dat moment en de thermische gradiënt van de korst).

Om dit probleem te verhelpen, onderzoeken we in het model een groot aantal mogelijkheden voor wat deze kenmerken zouden kunnen zijn, en creëren zo een reeks scenario’s voor hoe Mars er vier miljard jaar geleden uit zou hebben gezien.

Topografische kaarten van Mars ongeveer 4 miljard jaar geleden in de begin-, midden- en eindfase, de hele periode die enkele tienduizenden tot honderdduizenden jaren beslaat, en de evolutie van de oppervlakte-ijsbedekking van Mars (in het wit) met de kou van zijn klimaat onder invloed van methanogene micro-organismen met waterstofvoeding. | Boris SotteryFIngezonden door de auteur

Het derde en laatste model beschrijft de biologie van hypothetische methaanproducerende micro-organismen op Mars. Het is gebaseerd op de veronderstelling dat deze laatste vergelijkbaar waren met terrestrische methanogenen, althans vanuit het oogpunt van hun energiebehoefte. Het stelt ons in staat om de bewoonbaarheid van onze microben te beoordelen, in verhouding tot de ondergrondse omgevingsomstandigheden op Mars, in elk van de ecologische scenario’s die door de twee vorige modellen zijn gegenereerd.

Als deze organismen bewoonbaar zouden zijn, beoordeelt het model het aantal van deze micro-organismen dat dan zou kunnen overleven onder het oppervlak van Mars, samen met modellen van de korst en het oppervlak, de impact van deze ondergrondse microbiële biosfeer op de chemische samenstelling van de korst, op de sfeer en op het klimaat. Door de microscopische schaal van methaangenererende microbiologie te correleren met de wereldwijde schaal van Mars klimaatDe koppeling van deze drie modellen maakt het dus mogelijk om het gedrag van het ecosysteem van de planeet Mars te simuleren.

Ondergronds leven is heel goed mogelijk

Aantalgeologische aanwijzingen aangeven dat vloeibaar water Het verspreidde zich vier miljard jaar geleden op Mars en vormde rivieren, meren en mogelijk zelfs oceanen. Het klimaat van Mars was dus veel milder dan nu. Om zo’n klimaat te verklaren, schat ons oppervlaktemodel dat de atmosfeer van Mars dicht was (ongeveer als de huidige atmosfeer van de aarde) en bijzonder rijk aan koolstofdioxide.₂ en h₂zelfs meer dan de atmosfeer van de aarde op dat moment.

Deze atmosferische context Bijzonder rijk aan koolmonoxide₂ Het zou echt H . geven₂ De atmosfeer heeft bijzonder sterke broeikasgaseigenschappen, die effectiever zijn dan CH . onder dezelfde omstandigheden zou zijn₄. Met andere woorden, 1% van H₂ In de atmosfeer verwarmde dit het klimaat op Mars met meer dan 1% van CH₄.

In sommige scenario’s die door ons model zijn geproduceerd, is dit broeikaseffect niet voldoende om de klimatologische omstandigheden te creëren die nodig zijn om vloeibaar water op Mars te behouden: de Rode Planeet is dan bedekt met ijs. Hoewel er diep in de korst levensvatbare temperaturen zijn, blijft het onbewoonbaar: gevangen door oppervlakte-ijs, koolstofdioxide₂ en H.₂ Atmosferische gassen – een essentiële energiebron voor het leven van methaan – kunnen de korst niet binnendringen.

In de meeste van onze scenario’s is vloeibaar water op Mars in ieder geval in de heetste regio’s mogelijk. In deze gebieden is CO₂ en H.₂ De atmosfeer kan de korst binnendringen. Ons biologische model voorspelt vervolgens dat in al deze scenario’s de methaanproducerende micro-organismen levensvatbare temperaturen zouden hebben gevonden en toegang zouden hebben tot een voldoende energiebron om te overleven in de eerste 100 meter van de korst.

Om samen te vatten, hoewel we momenteel geen realistisch bewijs hebben van het vroegere of huidige leven op Mars, is het zeer waarschijnlijk dat de Marskorst vier miljard jaar geleden een ondergrondse biosfeer bevatte die bestond uit methaangenererende micro-organismen.

koud weer

Zouden deze hypothetische methanogenen van Mars, net als hun tegenhangers op aarde, het klimaat van hun planeet kunnen verwarmen? Hier wordt ons verhaal minder optimistisch. Een ondergrondse biosfeer op basis van methaangeneratie zou de atmosfeer van Mars drastisch kunnen hebben veranderd en de overgrote meerderheid van H . hebben geconsumeerd₂ en laat een grote hoeveelheid CH . vrij₄.

Nu, zoals we hebben gezien, H₂ Het is, in de context van de vroege atmosfeer van Mars, een krachtiger broeikasgas dan methaan₄. Hoewel het verschijnen van methanogenen op aarde zou hebben bijgedragen aan het creëren van een gunstig klimaat en dus een betere bewoonbaarheid op aarde, zou het methaangenererende leven op Mars, door de meerderheid van H₂ De atmosfeer van Mars, het klimaat koelde plotseling enkele tientallen graden af ​​en nam deel aan de uitzetting van de ijskap.

In gebieden die aan het oppervlak nog steeds ijsvrij zijn, zouden onze micro-organismen waarschijnlijk ook dieper in de korst moeten gaan om levensvatbare temperaturen te vinden, en zo weg te gaan van de atmosferische energiebron. Daarom is Mars, onder invloed van leven, veel minder gastvrij geworden dan in het begin.

Neiging tot zelfvernietiging

In de jaren 70 ontwikkelden James Lovelock en Lynne Margulies Jaya-hypothese, volgens welke de bewoonbaarheid van de aarde zal worden behouden door de harmonieuze en wederzijdse zelfregulering van de terrestrische biosfeer en de planeet. Wij, de mensheid, vormden hierop de ongelukkige uitzondering.

Dit concept gaf aanleiding tot het idee van een “Gayan bottleneck”: het zijn misschien niet de noodzakelijke voorwaarden voor leven die het universum mist, maar de capaciteit voor leven, zodra het verschijnt. , om de bewoonbaarheid van het universum te behouden. zijn planetaire omgeving op lange termijn.

Wat onze studie suggereert, is pessimistischer. Zoals het voorbeeld van methaangeneratie op Mars laat zien, kan zelfs heel eenvoudig leven, onder bepaalde omstandigheden, de bewoonbaarheid van zijn planetaire omgeving effectief in gevaar brengen. Is het dan mogelijk dat deze neiging tot zelfvernietiging de overvloed aan leven in het universum beperkt?

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lees deorigineel artikel.