Il rover Perseverance della missione della Nasa Mars 2020 ha trovato evidenze di materia organica preservata all’interno di sali in rocce del cratere Jezero su Marte, la cui origine abiotica o biotica è ancora dibattuta.
Durante l’esplorazione del cratere Jezero, antico bacino lacustre e delta fluviale su Marte, lo strumento Sherloc a bordo del rover Perseverance della Nasa, ha rilevato segnali Raman complessi nei target Quartier, sul fondo del cratere, e Pilot Mountain, sulla sommità del ventaglio deltizio. Un approfondito studio condotto presso il laboratorio di astrobiologia dell’Inaf-Osservatorio astrofisico di Arcetri a Firenze ha permesso di collegare questi segnali alla presenza di idrocarburi policiclici aromatici preservati all’interno di sali di solfato di magnesio e calcio. Questo studio suggerisce che i sali marziani possano fungere da veri e propri archivi geochimici, preservando materia organica per miliardi di anni.
Alla pagina precedente: Jezero è stato scelto come sito di atterraggio per il rover Nasa Perseverance perché offre l’accesso a un grande ammasso di rocce situato alla fine di una valle fluviale prosciugata. Crediti: Esa/FU-Berlin
STUDI DI LABORATORIO
Già durante la prima campagna di esplorazione del fondo del cratere Jezero caratterizzato da rocce vulcaniche, Perseverance, che utilizza la spettroscopia Raman e di fluorescenza per investigare la composizione mineralogica e organica dei target rocciosi, aveva individuato dei segnali interessanti perché potenzialmente dovuti a organici in alcuni dei target rocciosi analizzati con lo strumento Sherloc (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals), denominati Quartier e Montpezat. Tali segnali risultavano essere associati a sali come carbonati (in Montpezat) e solfati (in Quartier), che indicano processi di alterazione acquosa delle rocce vulcaniche presenti nel fondo del cratere. L’associazione tra organici e sali suggerisce che le molecole organiche siano state trasportate e depositate in queste rocce vulcaniche attraverso processi acquosi. Incuriositi da questa associazione, abbiamo voluto analizzare più approfonditamente gli 839 spettri acquisiti da Sherloc sul fondo del cratere e sul ventaglio deltizio in cui erano presenti in particolare i solfati. Oltre al target Quartier, abbiamo trovato simili segnali anche sulla sommità del ventaglio deltizio, nei target Pilot Mountain e Dragon’s Egg Rock, e abbiamo voluto investigare più nel dettaglio la loro possibile origine organica, cercando dei candidati molecolari che potessero spiegare quei segnali e i loro possibili meccanismi di formazione. L’interpretazione dei dati spettroscopici ottenuti in situ rappresenta una delle sfide più ardue dell’esplorazione planetaria, a causa delle limitazioni diagnostiche della strumentazione di bordo. Per risolvere l’enigma, presso il laboratorio di astrobiologia dell’Inaf-Osservatorio astrofisico di Arcetri, abbiamo condotto una rigorosa campagna sperimentale utilizzando simulanti marziani e analoghi di Sherloc. Specificamente, abbiamo preparato dei simulanti dei campioni investigati da Perseverance, “drogando” alcuni solfati con molecole organiche aromatiche, facilmente rivelabili da Sherloc, seguendo processi che mimano quanto potrebbe essere accaduto in un antico ambiente acquoso su Marte. Analizzando questi campioni con strumenti analoghi a Sherloc, abbiamo ottenuto un dataset di riferimento fondamentale per interpretare correttamente le osservazioni in situ. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Astronomy, hanno permesso di attribuire alla sola matrice minerale i segnali interessanti osservati nel target Dragon’s Egg Rock, ipotesi che è stata esclusa nel caso dei target Quartier e Pilot Mountain. L’analisi comparativa ha invece identificato come probabili responsabili per i segnali osservati in Quartier e Pilot Mountain degli idrocarburi policiclici aromatici a due o tre anelli, come l’1,3-diidrossinaftalene e il 9-metilantracene. Ulteriori studi effettuati presso il nostro laboratorio e pubblicati sulla rivista Scientific Reports confermano che i solfati sono minerali d’elezione per la ricerca astrobiologica, grazie alla loro capacità di schermare le molecole organiche dalla degradazione ossidativa e radiativa.
POSSIBILI SCENARI
Una delle ipotesi sulla formazione di questi idrocarburi policiclici aromatici riguarda i processi magmatici endogeni che potrebbero essere avvenuti nel cratere Jezero. In questo scenario, gas magmatici intrappolati nei pori delle rocce vulcaniche avrebbero reagito con gli ossidi di ferro presenti nelle rocce stesse formando queste molecole organiche attraverso processi abiotici. Tali idrocarburi sarebbero poi stati preservati da solfati precipitati nei pori delle rocce vulcaniche come conseguenza della loro alterazione acquosa.
Alternativamente, queste molecole organiche potrebbero essere state sintetizzate fuori dal cratere Jezero e successivamente mobilitate da fluidi idrotermali o acque sotterranee verso il cratere, favorendone la coprecipitazione e/o l’intrappolamento all’interno di cristalli di solfati durante la loro formazione in seguito all’essiccamento del sistema lacustre-fluviale-deltaico.
I target più interessanti per quanto riguarda la rivelazione di organici individuati da Perserverance all’interno del cratere Jezero, Bright Angel, Pilot Mountain e Quartier. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
È poco probabile che gli idrocarburi policiclici aromatici siano stati sintetizzati nello spazio in maniera esogena e portati sul pianeta da meteoriti, oppure che si siano formati in seguito a un impatto meteoritico poiché non c’è evidenza che queste rocce si siano formate per impatti.
Una possibilità estremamente suggestiva è che vi sia una relazione tra il materiale organico individuato nel cratere Jezero e quello rinvenuto in Neretva Vallis, nella regione denominata Bright Angel. Qui, sul letto dell’antico fiume che un tempo si riversava nel bacino, Perseverance ha individuato rocce argillose contenenti carbonio macromolecolare, noduli submillimetrici scuri di fosfato ferroso e macchie millimetriche più chiare di solfuro ferroso circondate da un alone scuro di fosfato ferroso. Sulla Terra, tali strutture sono spesso prodotte da microorganismi eterotrofici sottosuperficiali che utilizzano ferro e zolfo per il proprio metabolismo, e che rappresentano alcune delle comunità più antiche di batteri che si sono sviluppate sul nostro pianeta. Data l’abbondanza di ferro e zolfo su Marte, tali forme di vita potrebbero plausibilmente essersi sviluppate all’interno delle rocce, schermate dalle radiazioni dannose. Simili microorganismi avrebbero potuto promuovere reazioni chimiche che portano alla formazione dei minerali osservati, alle basse temperature in cui si ritiene si siano formate le rocce di Bright Angel. Sulla Terra, processi ad alta temperatura e acidità possono portare alla formazione di questi minerali, ma non ci sono evidenze di simili condizioni a Bright Angel. L’insieme di evidenze organiche, mineralogiche, morfologiche e di contesto rappresentano molteplici indizi per affermare che siamo di fronte alla più convincente potenziale biofirma mai rinvenuta su un altro pianeta. Per confermare che effettivamente queste siano tracce di vita passata, sarebbe fondamentale capire la natura del carbonio macromolecolare trovato in queste rocce. Questo, tuttavia, rappresenta lo stadio più avanzato della degradazione ossidativa e radiativa subita dal materiale organico originario nel corso del tempo su Marte, a cui è quindi estremamente difficile risalire. L’analisi della composizione di materiale carbonioso macromolecolare trovato comunemente nelle meteoriti mostra la presenza di unità aromatiche contenenti da uno a tre anelli, simili agli idrocarburi policiclici aromatici rinvenuti nel cratere Jezero. Questo lascia ipotizzare che vi sia una relazione tra il carbonio macromolecolare di potenziale origine biotica rinvenuto a Bright Angel e gli idrocarburi policiclici aromatici trovati nel cratere Jezero. Infatti, sebbene il carbonio macromolecolare sia solitamente insolubile, e quindi tenda a restare confinato nel luogo originario, le sue frazioni più piccole, quelle con pochi anelli, sono più solubili e potrebbero essere state trasportate dalle acque sotterranee insieme a solfati solubili, migrando verso il delta e il fondo del cratere. Questo spiegherebbe l’arricchimento di idrocarburi policiclici aromatici osservato in associazione ai solfati nel cratere Jezero e la loro relativa scarsità nelle argille di Bright Angel. In tal caso, gli idrocarburi policiclici aromatici osservati nel cratere Jezero potrebbero essere dei prodotti di alterazione di antica materia microbica.
PROSPETTIVE FUTURE
Nonostante l’eccezionalità dei dati raccolti da Sherloc, la spettroscopia Raman rimane intrinsecamente meno diagnostica rispetto ad altri metodi di indagine molecolare, come per esempio la spettrometria di massa utilizzata dal precedente rover della Nasa Curiosity e che sarà utilizzata dal futuro rover dell’Agenzia spaziale europea ExoMars Rosalind Franklin. Per distinguere definitivamente tra un’origine abiotica e una biotica, la nostra ricerca si concentra ora su ulteriori studi di laboratorio volti a ricostruire i complessi processi di alterazione chimica avvenuti nel cratere Jezero che avrebbero potuto portare agli organici osservati. Questi esperimenti sono fondamentali per decifrare la storia evolutiva del carbonio marziano e la passata abitabilità del cratere Jezero, in attesa che i campioni analizzati da Perseverance siano portati sulla Terra per essere analizzati nel laboratori terrestri. L’analisi diretta dei campioni nei laboratori terrestri potrà avvenire con le tecniche più avanzate e sensibili disponibili, che non possono essere miniaturizzate per andare a bordo di un rover. Questi studi potranno confermare se le tracce rinvenute siano il “respiro” geologico di un vulcano o l’ultima testimonianza di una vita passata sul pianeta rosso.
Realizzato con il sistema di telecamere Mastcam-Z di Perseverance, questo mosaico da 2,5 miliardi di pixel è il panorama più dettagliato mai inviato da Marte. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech