E cineva acolo? O arcă a vieții Teach article

Tradus de Petra Cătălina Schwalie. Un coliziune enormă cu un meteorit și apoi o ploaie de pietre de pe Marte. Oare așa să fi apărut viața pe Pământ? Cornelia Meyer ne călăuzește într-o călătorie spațială prin teoria litopanspermiei și ne dezvăluie cum o testează pe aceasta…

Pe data de 7 august 1996, oameni de știința de la NASA au anunțat identificarea unor structuri asemănătoare fosilelor bacteriene microscopice găsite în interiorul meteoritului marțian ALH84001, descoperit în Allan Hills, Antarctica. Deși oamenii de știință au opinii diferite referitoare la semnificația meteoritului din Allan Hills, o întrebare își așteaptă încă răspunsul: a existat viață pe Marte?

În urma impactului unei comete sau a unui asteroid cu o planetă, fragmente de rocă pot fi desprinse și catapultate în spațiu, aterizând uneori – ca și în cazul meteoritului Allan Hills – pe alte planete sub formă de meteoriți (vezi glosar). Acest fapt a generat multe speculații. Oare să nu se fi născut viața pe Pământ, ci pe Marte, sau poate pe o altă planetă îndepărtată? Iar dacă da, să fi adus meteoriții oare prima formă de viață pe Pământ?

În 2007, trei cercetători postdoctorali– Ralf Moeller, Thomas Berger și Jean-Pierre de Vera – și cu mine am decis să investigăm această idee, cunoscută sub numele de teoria litopanspermiei (vezi imaginea de mai sus), în trei etape:

1. Emiterea organismelor vii în spațiu, la bordul unui meteorit.
2. Efectul călătoriei spațiale asupra organismelor vii.
3. Supraviețuirea acestora după pătrunderea în atmosfera terestră și după aterizare.

Teoria litopanspermiei – tare ca piatra?

Teoria litopanspermiei (din greacă: lithos = piatră, pan = tot, sperma = sămânță) a fost propusă în 1903 de către omul de știință suedez Scante Arrhenius. Deși preponderent contestată, există dovezi în sprijinul ei:

• Existența meteoriților lunari și marțieni pe Pământ
• Prezența materialului organic și (posibil) a fosilelor microbiene pe meteoritul Allan Hills (vezi imagine)
• Faptul că, în urma impactului cu o planetă, comete sau asteroizi mari propulsează fragmente de rocă cu o viteză suficient de mare pentru a depăși atracția gravitațională și a părăsi planeta (sub formă de meteoriți)
• Capacitatea sporilor bacterieni de a supraviețui undelor de șoc cauzate de un astfel de impact
• Rezistența microorganismelor la radiații UV în condiții de temperaturi joase caracteristice spațiului
• Supraviețuirea sporilor bacterieni timp de milioane de ani în chihlimbar sau sare
• Supraviețuirea sporilor bacterieni în spațiu timp de până la șase ani
• Dovada paleo-chimică a existenței pe Pământ a unor ecosisteme microbiene antice, oferind o fereastră de doar 400 de milioane de ani pentru evoluția din simple molecule precursori către viață celulară

1. Călătoria începe

În cadrul lucrării noastre de masterat respectiv doctorat, am investigat aplicabilitatea primului pas: faza emiterii, în care materialul viu este lansat în spațiu de către un impact cu un meteorit (Horneck et al, 2008; Stöffler et al, 2007). Pentru a simula evenimentul, am luat doua fragmente de rocă similare celor de pe Marte, am potrivit un strat de microorganisme intre ele, am plasat „sandvișul” într-un cilindru de fier și l-am aruncat în aer cu TNT.

Am avut motive întemeiate să alegem microorganisme pentru acest experiment. Pe Pământ, doar microbii pot supraviețui în medii foarte ostile, fiind astfel organismele cu cea mai mare probabilitate de supraviețuire în experiențele noastre. De asemenea, datorită simplității lor, microorganismele sunt cel mai aproape de presupusa primă formă de viață întâlnită pe Marte. Microorganismele alese pentru experimentul nostru au fost spori bacterieni, cyanobacterii și licheni care trăiesc pe sau în interiorul rocilor și pot supraviețui în condiții spațiale simulate.

We also chose the rocks carefully. To discover whether a meteorite originates from Mars, its composition is compared with that of rocks studied on the surface of Mars. The most frequent Martian meteorites found on Earth are known as basaltic Shergottites, and are formed by volcanic activity. For our experiment, therefore, we used basalt: readily available on Earth and similar to Martian rock.

Rocile au fost alese la rândul lor cu mare grijă. Pentru a descoperi dacă un meteorit provine de pe Marte, compoziția acestuia este comparată cu roci studiate pe suprafața lui Marte. Meteoriții marțieni întâlniți cel mai des pe Pământ sunt cunoscuți sub numele de Shergottites bazaltici și sunt formați prin activitate vulcanică. Prin urmare, am folosit bazalt pentru experimentul nostru: prezent pe Pământ și similar rocilor marțiene.

În experiențe repetate, exploziile TNT au expus microorganismele unor presiuni între 50 000 și 500 000 bar. Acestea sunt asemănătoare cu presiunile generate de impacturi meteorice pe Marte, formând cratere de un diametru de peste 75 km și lansând roci marțiene în spațiu. Comprimarea exploziei a expus microorganismele la temperaturi de până la 1000 °C. Deși ne-am putea aștepta ca astfel de condiții să ducă la distrugerea oricărei forme de viață, la 400 000 bar (400 000 ori presiunea normala a aerului), 0.02% din numărul tuturor microorganismelor a supraviețuit.

În ziua de astăzi, temperaturile de pe Marte variază între -143 °C la poli și +27 °C la ecuator. Deși Martele primordial a fost probabil mai cald decât în prezent, în urma pierderii atmosferei, temperatura a scăzut pe Marte mai rapid decât pe Pământ. Prin urmare, în perioada transferului de viață de pe Marte pe Pământ (acum aproximativ 20 de milioane de ani), propus de noi aici, Marte atinsese deja temperaturile joase întâlnite astăzi. De aceea, într-o a doua experiență ne-am propus să reproducem mai bine condițiile de pe Marte folosind gheață uscată (dioxid de carbon solid) pentru răcirea aparatului la -80 °C înainte exploziei, constatând că unele microorganisme au supraviețuit chiar și la 500 000 bar. În experiența anterioara, nerăcită, nimic nu a supraviețuit la această presiune enormă.

În timpul experiențelor, microorganismele au fost expuse la temperaturi înalte și presiuni mari doar pentru câteva secunde, la fel cum s-ar întâmpla în cazul unui impact meteoric real pe Marte. Acest fapt ar putea fi motivul principal a supraviețuirii lor. În concluzie, prima parte a teoriei litopanspermice pare plauzibilă: organisme aflate pe roci ar putea supraviețui unei lansări în spațiu.

2. Călătorie spațială: concursul ESA SUCCESS adresat studențiilor

Următorul pas a fost înscrierea într-o competiție cu scopul de a investiga a doua etapă a litopansperiei: ar putea organismele vii sa supraviețuiască frigului extrem, radiației cosmice și vacuumului în timpul unei lungi călătorii spațialÎn cadrul concursului SUCCESS^w1, organizat de Agenția Spațială Europeană (ESA), am beneficiat de oportunitatea de a conduce o experiență la bordul stației spațiale europene (International Space Station – ISS) în luna noiembrie 2009.

Din anii 1980, diferite experiențe au arătat că microorganismele sunt capabile de a supraviețui în spațiu (e.g. Mileikowsky et al, 2000). Cu toate acestea, microorganismele din acele teste au fost protejate cu aluminiu de radiații sau au petrecut doar câteva zile în spațiu. Dar câte zile ar putea supraviețui cel mult? Vrem să folosim ISS pentru o investigație mai realistă a efectului pe care condițiile spațiale îl exercită asupra organismelor vii.

Am sugerat construirea unui meteorit artificial acoperit cu microorganisme și senzori care să măsoare razele cosmice și temperatura. Un fragment de rocă bazaltica va fi tăiat în opt felii, incluzând găuri pentru microorganisme și senzori. Găurile for fi sigilate cu rocă și feliile remontate formând o structură etanșă. Meteoritul artificial va fi apoi transportat la ISS, fixat pe o platformă de aluminiu în afara stației și expus condițiilor spațiale timp de șase luni. Drept control, un al doilea meteorit artificial va rămâne pe Pământ.

Odată ce meteoritul va reveni pe Pământ, biologii Ralf și Jean-Pierre vor determina rata de supraviețuire a microorganismelor și vor căuta schimbări fiziologice induse de condițiile spațiale. Ca mineralog al echipei, eu însămi voi investiga efectul vremuirii spațiale asupra meteoritului. Vremuirea spațială (orig. „space weathering”) este un termen general care desemnează procese ca radiația termică, vânturile solare și bombardamentele meteorice, care exercită presiuni asupra corpurilor aflate în spațiu. Vom compara de asemenea proprietățile fizice ale meteoritului artificial cu acele ale rocilor rămase pe Pământ.

În afara adunării de dovezi în favoarea litopanpermiei, aceste rezultate ar putea oferi informații despre efectul pe care vremuirea spațială îl are asupra proprietăților optice ale rocii. Aceste proprietăți sunt importante pentru observarea asteroizilor, deoarece spectroscopia optică este folosită pentru determinarea compoziției lor elementare. Prin urmare, mai multe date despre efectele vremuirii spațiale ar putea ajuta oameni de știință să determine dacă meteoriții întâlniți pe Pământ și asteroizii găsiți în spațiu provin din aceeași sursă.

3. O nouă experiență?Aterizarea delicată.

Chiar dacă primele două părți ale teoriei litopanspermiei sunt plauzibile – microorganismele au supraviețuit lansarea de pe planeta lor originară și o lungă călătorie prin spațiu – ar putea acestea supraviețui pe o altă planetă? Astrobiologi din Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt au sugerat că unele microorganisme provenite de pe Pământ ar putea supraviețui o perioadă pe timp pe Marte^w2. Acest fapt sugerează că forme de viață de pe Marte ar putea de asemenea supraviețui pe Pământ, asumând că ar putea rezista impactului inițial. Până acum știm foarte puține despre ceea ce s-ar întâmpla dacă un meteorit acoperit cu organisme vii ar ateriza pe Pământ. Totuși, avem informații care ne permit să speculăm.

Când obiecte pătrund în atmosfera terestră cu viteze mari, suprafețele lor sunt expuse la temperaturi foarte mari datorită fricțiunii. Totuși, chiar dacă temperaturile din straturile exterioare ale meteoritului sunt destul de înalte pentru a topi – sau chiar a vaporiza – roca, interiorul meteoritului rămâne mai aproape de cele -273 °C (0 K) întâlnite în spațiu.

Foarte des, meteoriți se sparg în urma impactului cu solul. Dacă unele organisme ar supraviețui în interiorul meteoritului – fiind protejate de temperaturile foarte mari de la suprafață – ar putea fi eliberate și ar putea începe colonizarea Pământului. Ar putea suferi un șoc termic, considerând diferența dintre cei -273 °C din interiorul meteoritului și temperatura ambientală pe Pământ, dar se știe că microorganismele au capacitatea de a supraviețui schimbărilor rapide de temperatură.

Dovada litopanspermiei?

Deși microorganismele ar fi putut să supraviețuiască celor trei etape descrise în teoria litopanspermiei, acest fapt nu reprezintă dovada că viața pe Pământ are origine extraterestră. Mai presus de toate, nu știm defapt dacă viața există sau nu în afara planetei noastre – dar căutarea după viața extraterestre continuă. Și speculația despre originile noastre continuă la rându-i.

References

• Horneck G et al (2008) Microbial rock inhabitants survive impact and ejection from host planet: first phase of lithopanspermia experimentally tested. Astrobiology 8: 17-44
• Mileikowsky C et al (2000) Natural transfer of viable microbes in space. Part 1: From Mars to Earth and Earth to Mars. Icarus 145: 391-427
• Stöffler D et al (2007) Experimental evidence for the potential impact ejection of viable micro-organisms from Mars and Mars-like planets. Icarus 186: 585-588

Web References

• w1 – Detalii despre concursul studențesc ESA SUCCESS pot fi găsite la următoarea adresă: www.esa.int/esaHS/SEMU9TGHZTD_education_0.html
• w2 – Pentru mai multe informații despre Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, see: www.dlr.de/en
• Pentru mai multe detalii despre rezultatele în ceea ce privește supraviețuirea organismelor pe Marte: www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-2016
• w3 – Pentru mai multe informații despre Muzeul Național al Istoriei Naturale Berlin, Germania: www.naturkundemuseum-berlin.de/index_english.html

Resources

Reţeaua de curse de astrobiologie: http://streamiss.spaceflight.esa.int/?pg=production&PID=alcn

Pentru mai multe informații despre panspermie:www.karlsims.com/panspermia.htmliwww.archive.org/details/sims_panspermia_1990

Hartevelt S, Walker C (2008) The International Space Station: a foothold in space. Science in School 9: 62-65. www.scienceinschool.org/2008/issue9/iss

Marinova M (2008) Viaţa pe Marte: teraformarea Planetei Roşii. Science in School 8. www.scienceinschool.org/2008/issue8/terraforming/romanian

Wegener A-L (2008) Laboratory in space: interview with Bernardo Patti. Science in School 8: 8-12. www.scienceinschool.org/2008/issue8/bernardopatti

Warmbein B (2007) Down to Earth: interview with Thomas Reiter. Science in School 5: 19-23. www.scienceinschool.org/2007/issue5/thomasreiter

Warmbein B (2006) Launching a dream: the first European student satellite in orbit. Science in School 1: 49-51. www.scienceinschool.org/2006/issue1/sseti

Institutions

Author(s)

Când grupul a început experiențele descrise mai sus, Cornelia Meyer lucra la Masteratul său în mineralogie la Muzeul de Istorie Naturală ^w3 în Berlin, Germania. Ralf Moeller (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR – Centrul German Aerospațial) și Jean-Pierre de Vera (Universitatea Düsseldorf, Germania) lucrau la doctoratul lor în biologie. Thomas Berger lucra la doctoratul său în fizică la DLR. Cornelia este acum doctorand iar ceilalți continuă cu cercetarea postdoctorală.

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF