Марс: могла ли сделать планету непригодной для жизни сама жизнь?

В новом исследовании ученые пришли к выводу, что подповерхностная обитаемость на Марсе была весьма вероятной, однако метаногенез этой жизни вызвал бы глобальное похолодание, поставив под угрозу возможность обитаемости на поверхности.

Об этом в издании The Conversation рассказывает Борис Саутерей (исследователь эволюционной экологии, морской экологии и астробиологии из Высшей нормальной школы при Парижском университете наук и литературы), передают OstanniPodii.com.

Четыре миллиарда лет назад Солнечная система была еще молодой. Ее планеты, когда почти полностью сформировались, стали реже подвергаться ударам астероидов. Наша планета могла бы стать пригодной для жизни еще 3,9 миллиарда лет назад, но ее примитивная биосфера была совсем другой, чем сегодня. Жизнь еще не изобрела фотосинтез, который примерно через 500 миллионов лет станет ее основным источником энергии. Поэтому первобытным микробам — общим предкам всех современных форм жизни на Земле — в океанах нашей планеты пришлось выживать за счет другого источника энергии. Они потребляли химические вещества, выделявшиеся изнутри планеты через ее гидротермальные системы и вулканы, и эти вещества накапливались в виде газа в атмосфере.

Одними из древнейших форм жизни в нашей биосфере были микроорганизмы, известные как "гидрогенотрофные метаногены", которые извлекали особую пользу из тогдашнего состава атмосферы. Питаясь CO2 (углекислым газом) и H2 (дигидрогеном), которых вдоволь присутствовало в атмосфере (при этом H2 составлял от 0,01 до 0,1% состава атмосферы, по сравнению с современным приблизительным показателем в 0,00005%), они получали достаточно энергии, чтобы колонизировать поверхность океанов нашей планеты.

Вместо этого они выделили в атмосферу большое количество CH4 (он же метан, от которого они получили свое название), мощного парникового газа, который накапливался и нагревал климат. Поскольку наше Солнце в то время было не таким ярким, как сегодня, оно, возможно, не смогло бы поддерживать умеренные условия на поверхности планеты без вмешательства других аспектов. Таким образом, благодаря этим метаногенам само возникновение жизни на Земле, возможно, само по себе помогло обеспечить пригодность нашей планеты к жизни, создав необходимые условия для эволюции и усложнения земной биосферы в течение следующих миллиардов лет.

Хотя это наиболее вероятное объяснение раннего развития жизнепригодности Земли, но как обстояли дела на других планетах Солнечной системы, таких как наша соседка, Красная планета? По мере того, как мы продолжаем исследовать Марс, становится все более очевидным, что на его поверхности в то же время развивались аналогичные условия окружающей среды, которые позволили метаногенам процветать в океанах на Земле.

Микробная жизнь могла обитать в пределах первых четырех километров пористой коры Марса. Там она могла бы найти убежище от суровых поверхностных условий (в частности, от вредных ультрафиолетовых лучей), более благоприятные температуры, совместимые с жидкой водой, и потенциально богатый источник энергии в виде атмосферных газов, выделяемых в коре.

В свете этих аспектов исследовательская группа Бориса Саутерея естественным образом пришла к одному ключевому вопросу: могли ли те же события, порождающие жизнь, которые произошли на Земле, произойти также и на Марсе?

Портрет Марса четыре миллиарда лет назад

Исследователи попытались ответить на этот вопрос с помощью трех моделей, которые привели к результатам, недавно опубликованным в научном журнале Nature Astronomy (препринт). Первая модель позволила им оценить, как вулканизм на поверхности Марса, внутренняя химия его атмосферы и выброс определенных химических веществ в космос могли определять давление и состав атмосферы планеты. Эти же характеристики затем определили бы характер климата.

Вторая модель была направлена на определение физических и химических характеристик пористой коры Марса — температуры, химического состава и наличия жидкой воды. Эти характеристики частично определялись поверхностными условиями (то есть температурой поверхности и составом атмосферы) и частично внутренними характеристиками планеты (то есть внутренним тепловым градиентом и пористостью коры).

Эти первые две модели позволили смоделировать поверхностную и подземную среду молодой планеты Марс. Однако оставалось много неопределенностей относительно основных характеристик этой среды (например, уровень вулканизма в то время и тепловой градиент коры). Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали свою модель для изучения огромного количества потенциальных характеристик, что привело к созданию ряда сценариев того, как мог выглядеть Марс около четырех миллиардов лет назад.

Топографические карты Марса примерно 4 млрд лет назад (рельеф обозначен контурными линиями и градиентом оранжевого цвета) на разных этапах (слева направо: начальный, промежуточный и конечный, полный период — от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен тысяч лет) эволюции ледяного покрова на поверхности Марса (белым цветом), которая происходила по мере охлаждения климата под влиянием гидрогенотрофных метаногенных микроорганизмов. Boris Sauterey, Fourni par l'auteur

Третья и последняя модель связана с биологией гипотетических марсианских метаногенных микроорганизмов, основанная на теории, что они были бы похожи на метаногены на Земле, по крайней мере с точки зрения энергетических потребностей. Используя эту модель, исследователи могли бы оценить пригодность условий на Земле для проживания их микробов по сравнению с подземными экологическими условиями на Марсе, в соответствии с каждым экологическим сценарием, сгенерированным двумя предыдущими моделями.

Если эти условия считались пригодными для жизни, третья модель оценивала, как эти микроорганизмы выжили бы под поверхностью Марса, и — наряду с моделями коры и поверхности — как эта подземная микробная биосфера повлияла бы на химический состав коры, а также на атмосферу и климат. Объединив микроскопический масштаб биологии метаногенных микробов с глобальным масштабом климата Марса, эти три модели вместе помогли смоделировать поведение марсианской планетарной экосистемы.

Подземная жизнепригодность с большой вероятностью существовала в коре Марса

Ряд геологических признаков указывает на то, что четыре миллиарда лет назад на поверхности Марса был поток жидкой воды, который образовал бы реки, озера и, возможно, даже океаны. Таким образом, марсианский климат был более умеренным, чем сегодня. Объясняя, как мог возникнуть такой климат, модель поверхности предполагает, что Марс имел плотную атмосферу (примерно такой же плотности, как наша планета сегодня), которая была особенно богата CO2 и H2, даже больше, чем планета Земля в то время.

Этот богатый CO2 атмосферный контекст, по сути, мог придать атмосферному H2 характеристики чрезвычайно мощного парникового газа. Этот H2 был бы даже мощнее, чем CH4 при тех же условиях. Другими словами, если бы 1% марсианской атмосферы составлял H2, климат был бы нагрет сильнее, чем если бы 1% составлял CH4.

Согласно нескольким сценариям, сгенерированным моделями при исследовании, одного этого парникового эффекта было бы недостаточно для создания климатических условий, необходимых для поддержания жидкой воды на поверхности Марса, что означало бы, что Красная планета была бы покрыта льдом. Более того, если бы в глубине марсианской коры существовали соответствующие температуры, они также не сделали бы ее более пригодной для жизни. Заблокированные поверхностным льдом, атмосферные CO2 и H2 — необходимые источники энергии для метаногенной жизни — не смогли бы проникнуть через кору.

Однако большинство сценариев исследователей показывают, что наличие жидкой воды на поверхности планеты было бы возможной, по крайней мере в ее более теплых регионах, где атмосферный CO2 и H2 действительно могли бы проникнуть через кору. Биологическая модель исследователей подтверждает, что во всех этих сценариях метаногенные микроорганизмы нашли бы нужные им температуры и имели бы доступ к источнику энергии, достаточно большому для их выживания в пределах первых нескольких сотен метров коры. Коротко говоря, хотя у ученых пока нет фактических доказательств существования жизни на Марсе, будь то в прошлом или в настоящем, марсианская кора четыре миллиарда лет назад вполне могла содержать подземную биосферу, состоящую из метаногенных микроорганизмов.

Ледниковый период, спровоцированный примитивной биосферой

Могли ли эти гипотетические марсианские метаногенные формы жизни согреть климат своей планеты так же, как и их земные собратья? Увы, ответ, по-видимому, таков: нет. Подземная биосфера, основанная на метаногенезе, должна была бы потреблять большую часть H2 и выделять значительное количество CH4, что привело бы к глубоким изменениям в марсианской атмосфере.

Однако, как мы видели, H2 был более мощным парниковым газом, чем CH4 в контексте ранней марсианской атмосферы, их соответствующие парниковые эффекты были противоположны тем, что наблюдаются в современной атмосфере Земли, или тем, что наблюдались бы в ранней атмосфере Земли. Если появление метаногенеза на Земле способствовало установлению благоприятного климата и закреплению населенности Земли, то метаногенная жизнь на Марсе, потребляя большую часть атмосферного H2, резко охладила бы климат планеты на несколько десятков градусов и способствовала бы увеличению ледяного покрова. Даже в регионах без поверхностного льда нашим гипотетическим микроорганизмам, вероятно, пришлось бы искать более приемлемые температуры, продвигаясь глубже в кору и удаляясь от атмосферного источника энергии. Таким образом, действия этих форм жизни привели бы к тому, что Марс стал бы менее благоприятным для жизни, чем он был изначально.

Саморазрушение: стандарт для жизни во Вселенной

В 1970-х годах Джеймс Лавлок и Линн Маргулис разработали гипотезу Гайи, согласно которой пригодность Земли для жизни поддерживается синергетической, саморегулирующейся системой, включающей как земную биосферу, так и саму планету. Мы, человеческий вид, являемся досадной аномалией в этой теории. Гипотеза Гайи послужила толчком к появлению идеи "узкого места Гайи". Согласно этой идее, во Вселенной нет необходимых условий для жизни, но когда жизнь появляется, она редко способна поддерживать долговременную пригодность для проживания на своей планете.

Результаты этого исследования еще более пессимистичны, отмечает Саутерей. Как показано на примере марсианского метаногенеза, даже простейшие формы жизни могут активно угрожать пригодности для жизни своей планетарной среды.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.