Dört milyar yıl önce, güneş sistemi hala gençti. Neredeyse tamamen oluşmuş olan gezegenleri, asteroit çarpmalarını biraz daha az sıklıkta deneyimlemeye başlıyordu. Kendi gezegenimiz 3,9 milyar yıl kadar önce yaşanabilir hale gelebilirdi , ancak ilkel biyosferi bugün olduğundan çok farklıydı. Yaşam , yaklaşık 500 milyon yıl sonra ana enerji kaynağı haline gelecek olan fotosentezi henüz icat etmemişti . Gezegenimizin okyanuslarındaki ilkel mikroplar – Dünya üzerindeki tüm mevcut yaşam formlarının ortak ataları – bu nedenle başka bir enerji kaynağında hayatta kalmak zorunda kaldılar. Hidrotermal sistemleri ve atmosferde gaz olarak oluşan volkanlar yoluyla gezegenin içinden salınan kimyasalları tükettiler .
Biyosferimizdeki en eski yaşam formlarından bazıları, özellikle dönemin atmosferik bileşiminden yararlanan ve “hidrojenotrofik metanojenler” olarak bilinen mikroorganizmalardı. Atmosferde bolca bulunan CO 2 (karbondioksit) ve H 2 (dihidrojen) ile beslenerek ( mevcut yaklaşık % 0,00005 ile karşılaştırıldığında, atmosferik bileşimin % 0,01 ila % 0,1’ini temsil eden H 2 ile) yeterli enerjiyi kullandılar. gezegenimizin okyanuslarının yüzeyini kolonize edin.
Buna karşılık, atmosfere büyük miktarlarda CH 4 (adlarını aldıkları metan) saldılar, bu da iklimi biriktiren ve ısıtan güçlü bir sera gazıydı. O zamanlar güneşimiz bugünkü kadar parlak olmadığı için, diğer açıların müdahalesi olmadan gezegenin yüzeyindeki ılıman koşulları koruyamamış olabilir. Bu nedenle, bu metanojenler sayesinde, Dünya’da yaşamın ortaya çıkışı, gezegenimizin yaşanabilir olmasını sağlamaya yardımcı olmuş olabilir ve takip eden milyarlarca yıl boyunca karasal biyosferin evrimi ve karmaşıklaşması için doğru koşulları oluşturmuş olabilir .
Bu, Dünya’daki yaşanabilirliğin erken gelişiminin en olası açıklaması olsa da, komşumuz olan kızıl gezegen gibi güneş sisteminin diğer gezegenleri için durum nasıldı? Mars’ı keşfetmeye devam ettikçe , yüzeyinde benzer çevresel koşulların , Dünya’daki okyanuslarda metanojenlerin gelişmesini sağlayan koşullarla aynı zamanda gelişmekte olduğu her zamankinden daha net hale geliyor.
Mikrobiyal yaşam, Mars’ın gözenekli kabuğunun ilk dört kilometresinde ikamet etmiş olabilir. Orada, sert yüzey koşullarından (özellikle zararlı UV ışınlarından), sıvı su ile uyumlu daha uygun sıcaklıklardan ve kabuk içinde salınan atmosferik gazlar şeklinde potansiyel olarak bol bir enerji kaynağından korunaklı olurdu.
Bu yönlerin ışığında, araştırma grubumuz doğal olarak tek bir anahtar soruya yöneldi: Dünya’da meydana gelen yaşam yaratan olayların aynısı Mars’ta da olmuş olabilir mi?
Dört milyar yıl öncesinden bir Mars portresi
Bu soruyu, yakın zamanda Nature Astronomy bilim dergisinde yayınlanan sonuçlarla sonuçlanan üç model kullanarak cevaplamak için yola çıktık . İlk model, Mars yüzeyindeki volkanizmanın, atmosferinin iç kimyasının ve bazı kimyasalların uzaya salınmasının gezegenin atmosferinin basıncını ve bileşimini nasıl belirlemiş olabileceğini tahmin etmemizi sağladı. Aynı özellikler o zaman iklimin doğasını da belirleyecekti.
İkinci model , Mars’ın gözenekli kabuğunun fiziksel ve kimyasal özelliklerini , yani sıcaklık, kimyasal bileşim ve sıvı suyun varlığını belirlemeye çalıştı. Bunlar kısmen yüzey koşulları (yani, yüzey sıcaklığı ve atmosferik bileşim) ve kısmen de gezegenin iç özellikleri (yani, iç termal gradyan ve kabuk gözenekliliği) tarafından belirlendi.
Bu ilk iki model, genç gezegen Mars’ın yüzey ve yer altı ortamlarını simüle etmemizi sağladı. Bununla birlikte, bu ortamın ana özelliklerine (örneğin, o zamanki volkanizma seviyesi ve kabuk termal gradyanı) ilişkin birçok belirsizlik devam etmiştir. Bu sorunu çözmek için, Mars’ın yaklaşık dört milyar yıl önce nasıl göründüğüne dair bir dizi senaryoya yol açan çok sayıda potansiyel özelliği keşfetmek için modelimizi kullandık.
Mars’ın yaklaşık 4 milyar yıl önceki topografik haritaları (kabartma kontur çizgileri ve turuncu renk gradyanı ile gösterilmiştir) çeşitli aşamalarda (soldan sağa: ilk, orta ve son, tam dönem birkaç on bin ile birkaç yüz bin arasında yer alır) yıl) Mars’ın yüzeyindeki buz örtüsünün (beyaz) evrimi, hidrojenotrofik metanojenik mikroorganizmaların etkisi altında Mars’ın iklimi soğurken meydana geldi. Boris Sauterey , Fourni par l’auteur
Üçüncü ve son model, en azından enerji ihtiyaçları açısından Dünya’daki metanojenlere benzer olacakları teorisine dayanan, varsayımsal Marslı metanojenik mikroorganizmaların biyolojisi ile ilgilidir. Bu modeli kullanarak, önceki iki model tarafından oluşturulan her bir çevresel senaryoya göre, Mars’taki yeraltı çevre koşullarına kıyasla Dünya’daki koşulların mikroplarımız için yaşanabilirliğini değerlendirebildik.
Belirli koşulların yaşanabilir olduğu kabul edildiğinde, üçüncü model, bu mikroorganizmaların Mars yüzeyinin altında nasıl hayatta kalacağını ve – kabuk ve yüzey modellerinin yanı sıra – bu yeraltı mikrobiyal biyosferinin, atmosfer ve iklimin yanı sıra yer kabuğunun kimyasal bileşimini nasıl etkileyeceğini değerlendirdi. Metanojenik mikropların biyolojisinin mikroskobik ölçeğini Mars ikliminin küresel ölçeğiyle birleştirerek, bu üç model birlikte Mars gezegen ekosisteminin davranışını simüle etmeye yardımcı oldu.
Mars’ın kabuğunda yer altı yaşanabilirliği çok muhtemeldir.
Bir dizi jeolojik ipucu , dört milyar yıl önce Mars’ın yüzeyinde nehirleri, gölleri ve hatta muhtemelen okyanusları oluşturacak bir sıvı su akışını gösteriyor. Mars iklimi bu nedenle bugün olduğundan daha ılımandı. Yüzey modelimiz, böyle bir iklimin nasıl meydana gelebileceğini açıklarken, Mars’ın yoğun bir atmosferi (bugün kendi gezegenimizinkiyle hemen hemen aynı yoğunlukta) olduğunu varsayar; bu atmosfer özellikle CO 2 ve H 2 açısından zengindir ; o sırada Dünya gezegeni.
Bu C02 açısından zengin atmosferik bağlam , atmosferik H2’ye dikkate değer ölçüde etkili bir sera gazı özelliği kazandırmış olabilir. Bu H2 , aynı koşullar altında CH4’ten bile daha güçlü olabilirdi . Başka bir deyişle, Mars atmosferinin %1’i H2 olsaydı , iklim %1’i CH4 olsaydı olduğundan daha fazla ısınırdı .
Modelle oluşturduğumuz birkaç senaryoya göre, bu sera etkisi tek başına Mars’ın yüzeyinde sıvı halde su tutmak için gereken iklim koşullarını oluşturmak için yeterli olmayacaktı, yani Kızıl Gezegen buzla kaplıydı. Dahası, Mars kabuğunun derinliklerinde uygun sıcaklıklar olsaydı, onu daha fazla yaşanabilir hale getiremezlerdi. Yüzey buzuyla bloke edilmiş, metanojenik yaşam için temel enerji kaynağı olan atmosferdeki hiçbir CO2 ve H2 kabuğa nüfuz edemezdi .
Bununla birlikte, senaryolarımızın çoğu, gezegenin yüzeyinde sıvı suyun varlığının, en azından atmosferik CO2 ve H2’nin gerçekten de kabuğa nüfuz etmiş olabileceği daha sıcak bölgelerinde mümkün olduğunu gösteriyor. Biyolojik modelimiz, tüm bu senaryolarda, metanojenik mikroorganizmaların uygun sıcaklıkları bulduğunu ve yer kabuğunun ilk birkaç yüz metresinde hayatta kalabilmeleri için yeterince büyük bir enerji kaynağına erişebileceklerini doğrulamaktadır. Kısacası, geçmişte veya günümüzde Mars’ta yaşam olduğuna dair somut bir kanıta sahip olmasak da, dört milyar yıl önce Mars kabuğu büyük olasılıkla metanojenik mikroorganizmalardan oluşan bir yeraltı biyosferine ev sahipliği yapmış olabilir.
İlkel bir biyosfer tarafından tetiklenen bir buzul çağı
Bu varsayımsal Marslı metanojenik yaşam formları, gezegenlerinin iklimini Dünyalı benzerleriyle aynı şekilde ısıtmış olabilir mi? Ne yazık ki, cevap şu gibi görünüyor: hayır. Yeraltındaki metanojen temelli bir biyosfer, gezegendeki H2’nin büyük çoğunluğunu tüketmiş ve önemli miktarlarda CH4 salmış , bu da Mars atmosferinde derin değişikliklere yol açmış olabilir.
Yine de, gördüğümüz gibi, erken Mars atmosferi bağlamında H2, CH4’ten daha güçlü bir sera gazıydı , ilgili sera etkileri Dünya’nın mevcut atmosferinde gözlemlenenlerin veya Dünya’nın atmosferinde gözlemlenenin tersiydi. erken atmosfer Dünya’da metan oluşumunun ortaya çıkışı, elverişli bir iklimin kurulmasına ve karasal yaşanabilirliğin pekiştirilmesine yardımcı olurken, Mars’ta metanojenik yaşam – gezegenin atmosferik H 2’sinin çoğunu tüketerek- iklimini birkaç düzine derece şiddetli bir şekilde soğutur ve daha fazla buz örtüsüne katkıda bulunurdu. Yüzey buzu olmayan bölgelerde bile, varsayımsal mikroorganizmalarımızın muhtemelen daha uygun sıcaklıklar araması, kabuğun daha derinlerine ve atmosferik enerji kaynaklarından daha uzağa gitmesi gerekecekti. Bu şekilde, bu yaşam formlarının eylemleri, Mars’ın hayata başlangıçta olduğundan daha az misafirperver olmasına neden olacaktı.
Kendini yok etme: evrendeki yaşam için bir standart
1970’lerde James Lovelock ve Lynn Margulis , Dünya’nın yaşanabilirliğinin hem karasal biyosferi hem de gezegenin kendisini içeren sinerjik, kendi kendini düzenleyen bir sistem tarafından sürdürüldüğünü öne süren Gaia hipotezini geliştirdiler. Biz, insan türü, bu teoride talihsiz bir anomaliyiz. Gaia hipotezi, o zamandan beri “Gaian darboğazı” fikrinin ortaya çıkmasına neden oldu. Bu, evrenin yaşam için gerekli koşullardan yoksun olmadığını, ancak yaşam ortaya çıktığında, gezegen ortamının uzun vadeli yaşanabilirliğini nadiren sürdürebileceğini varsayar.
Bizim çalışmamızın bulguları ise daha da karamsar. Mars metan oluşumu örneğinde gösterildiği gibi, en basit yaşam formları bile gezegensel ortamlarının yaşanabilirliğini aktif olarak tehlikeye atabilir.