Марс: чи могло зробити планету непридатною для життя саме життя?

У новому дослідженні вчені дійшли висновку, що підповерхнева населеність на Марсі була вельми вірогідною, однак метаногенез цього життя спричинив би глобальне похолодання, поставивши під загрозу можливість населеності на поверхні.

Про це у виданні The Conversation розповідає Борис Саутерей (дослідник еволюційної екології, морської екології та астробіології з Вищої нормальної школи при Паризькому університеті наук і літератури), передають OstanniPodii.com.

Чотири мільярди років тому Сонячна система була ще молодою. Її планети, коли майже повністю сформувалися, стали рідше зазнавати ударів астероїдів. Наша планета могла б стати придатною для життя ще 3,9 мільярда років тому, але її примітивна біосфера була зовсім іншою, ніж сьогодні. Життя ще не винайшло фотосинтез, який приблизно через 500 мільйонів років стане його основним джерелом енергії. Тому первісним мікробам — спільним предкам усіх сучасних форм життя на Землі — в океанах нашої планети довелося виживати за рахунок іншого джерела енергії. Вони споживали хімічні речовини, що виділялися зсередини планети через її гідротермальні системи та вулкани, і ці речовини накопичувалися у вигляді газу в атмосфері.

Одними з найдавніших форм життя в нашій біосфері були мікроорганізми, відомі як "гідрогенотрофні метаногени", які отримували особливу користь з тогочасного складу атмосфери. Живлячись CO2 (вуглекислим газом) і H2 (дигідрогеном), яких удосталь було присутньо в атмосфері (при цьому H2 становив від 0,01 до 0,1% складу атмосфери, порівняно з сучасним приблизним показником у 0,00005%), вони отримували достатньо енергії, щоб колонізувати поверхню океанів нашої планети.

Натомість вони виділили в атмосферу велику кількість CH4 (він же метан, від якого вони отримали свою назву), потужного парникового газу, який накопичувався та нагрівав клімат. Оскільки наше Сонце в той час було не таким яскравим, як сьогодні, воно, можливо, не змогло б підтримувати помірні умови на поверхні планети без втручання інших аспектів. Таким чином, завдяки цим метаногенам саме виникнення життя на Землі, можливо, саме собою допомогло забезпечити придатність нашої планети до життя, створивши необхідні умови для еволюції та ускладнення земної біосфери протягом наступних мільярдів років.

Хоча це найімовірніше пояснення щодо раннього розвитку життєпридатності Землі, але як йшли справи на інших планетах Сонячної системи, таких як наша сусідка, Червона планета? У міру того, як ми продовжуємо досліджувати Марс, стає дедалі очевиднішим, що на його поверхні в той самий час розвивалися аналогічні умови довкілля, які дозволили метаногенам процвітати в океанах на Землі.

Мікробне життя могло мешкати в межах перших чотирьох кілометрів пористої кори Марса. Там воно могло б знайти прихисток від суворих поверхневих умов (зокрема, від шкідливих ультрафіолетових променів), сприятливіші температури, сумісні з рідкою водою, і потенційно багате джерело енергії у вигляді атмосферних газів, що виділяються в корі.

У світлі цих аспектів дослідницька група Бориса Саутерея природним чином дійшла до одного ключового питання: чи могли ті самі події, що породжують життя, які відбулися на Землі, відбутися також і на Марсі?

Портрет Марса чотири мільярди років тому

Дослідники спробували відповісти на це запитання за допомогою трьох моделей, які призвели до результатів, нещодавно опублікованих у науковому журналі Nature Astronomy (препринт). Перша модель дозволила їм оцінити, як вулканізм на поверхні Марса, внутрішня хімія його атмосфери та викид певних хімічних речовин у космос могли визначати тиск і склад атмосфери планети. Ці ж характеристики потім визначили б характер клімату.

Друга модель була спрямована на визначення фізичних і хімічних характеристик пористої кори Марса — температури, хімічного складу та наявності рідкої води. Ці характеристики частково визначалися поверхневими умовами (тобто температурою поверхні та складом атмосфери) і частково внутрішніми характеристиками планети (тобто внутрішнім тепловим градієнтом і пористістю кори).

Ці перші дві моделі дозволили змоделювати поверхневе й підземне середовище молодої планети Марс. Однак залишалося багато невизначеностей щодо основних характеристик цього середовища (наприклад, рівень вулканізму в той час і тепловий градієнт кори). Щоб розв'язати цю проблему, дослідники використали свою модель для вивчення величезної кількості потенційних характеристик, що призвело до створення низки сценаріїв того, як міг виглядати Марс близько чотирьох мільярдів років тому.

Топографічні карти Марса приблизно 4 млрд років тому (рельєф позначено контурними лініями та градієнтом помаранчевого кольору) на різних етапах (зліва направо: початковий, проміжний та кінцевий, повний період - від кількох десятків тисяч до кількох сотень тисяч років) еволюції крижаного покриву на поверхні Марса (білим кольором), що відбувалася в міру охолодження клімату під впливом гідрогенотрофних метаногенних мікроорганізмів. Boris Sauterey, Fourni par l'auteur

Третя й остання модель пов'язана з біологією гіпотетичних марсіанських метаногенних мікроорганізмів, заснована на теорії, що вони були б схожі на метаногени на Землі, принаймні з точки зору енергетичних потреб. Використовуючи цю модель, дослідники могли б оцінити придатність умов на Землі для проживання їхніх мікробів порівняно з підземними екологічними умовами на Марсі, відповідно до кожного екологічного сценарію, згенерованого двома попередніми моделями.

Якщо ці умови вважали придатними для життя, третя модель оцінювала, як ці мікроорганізми вижили б під поверхнею Марса, і — поряд з моделями кори й поверхні — як ця підземна мікробна біосфера вплинула б на хімічний склад кори, а також на атмосферу і клімат. Об'єднавши мікроскопічний масштаб біології метаногенних мікробів з глобальним масштабом клімату Марса, ці три моделі разом допомогли змоделювати поведінку марсіанської планетарної екосистеми.

Підземна життєпридатність з великою ймовірністю існувала в корі Марса

Низка геологічних ознак вказує на те, що чотири мільярди років тому на поверхні Марса був потік рідкої води, який утворив би річки, озера та, можливо, навіть океани. Таким чином, марсіанський клімат був більш помірним, ніж сьогодні. Пояснюючи, як міг виникнути такий клімат, модель поверхні припускає, що Марс мав щільну атмосферу (приблизно такої самої щільності, як наша планета сьогодні), яка була особливо багата на CO2 і H2, навіть більше, ніж планета Земля в той час.

Цей багатий на CO2 атмосферний контекст, по суті, міг надати атмосферному H2 характеристики надзвичайно потужного парникового газу. Цей H2 був би навіть потужнішим, ніж CH4 за тих самих умов. Іншими словами, якби 1% марсіанської атмосфери становив H2, клімат був би нагрітий сильніше, ніж якби 1% становив CH4.

Згідно з кількома сценаріями, згенерованими моделями при дослідженні, одного цього парникового ефекту було б недостатньо для створення кліматичних умов, необхідних для підтримки рідкої води на поверхні Марса, що означало б, що Червона планета була вкрита кригою. Ба більше, якби в глибині марсіанської кори існували відповідні температури, вони також не зробили б її більш придатною для життя. Заблоковані поверхневим льодом, атмосферні CO2 і H2 — необхідні джерела енергії для метаногенного життя — не змогли б проникнути через кору.

Проте більшість сценаріїв дослідників показують, що наявність рідкої води на поверхні планети була б можливою, принаймні в її більш теплих регіонах, де атмосферний CO2 і H2 дійсно могли б проникнути через кору. Біологічна модель дослідників підтверджує, що у всіх цих сценаріях метаногенні мікроорганізми знайшли б потрібні їм температури та мали б доступ до джерела енергії, досить великого для їхнього виживання в межах перших кількох сотень метрів кори. Коротко кажучи, хоча у вчених поки немає фактичних доказів існування життя на Марсі, чи то в минулому, чи то в сьогоденні, марсіанська кора чотири мільярди років тому цілком могла містити підземну біосферу, що складалася з метаногенних мікроорганізмів.

Льодовиковий період, спровокований примітивною біосферою

Чи могли ці гіпотетичні марсіанські метаногенні форми життя зігріти клімат своєї планети так само як і їхні земні побратими? На жаль, відповідь, мабуть, така: ні. Підземна біосфера, заснована на метаногенезі, мала б споживати більшу частину H2 і виділяти значну кількість CH4, що призвело б до глибоких змін у марсіанській атмосфері.

Однак, як ми бачили, H2 був потужнішим парниковим газом, ніж CH4 у контексті ранньої марсіанської атмосфери, їхні відповідні парникові ефекти були протилежні до тих, що спостерігаються в сучасній атмосфері Землі, або до тих, що спостерігалися б у ранній атмосфері Землі. Якщо поява метаногенезу на Землі сприяла встановленню сприятливого клімату та закріпленню населеності Землі, то метаногенне життя на Марсі, споживаючи більшу частину атмосферного H2, різко охолодило б клімат планети на кілька десятків градусів і сприяло б збільшенню крижаного покриву. Навіть у регіонах без поверхневого льоду нашим гіпотетичним мікроорганізмам, ймовірно, довелося б шукати більш прийнятні температури, просуваючись глибше в кору та віддаляючись від атмосферного джерела енергії. Таким чином, дії цих форм життя призвели б до того, що Марс став би менш сприятливим для життя, ніж він був спочатку.

Саморуйнування: стандарт для життя у Всесвіті

У 1970-х роках Джеймс Лавлок і Лінн Маргуліс розробили гіпотезу Гаї, згідно з якою придатність Землі для життя підтримується синергетичною, саморегульованою системою, що включає як земну біосферу, так і саму планету. Ми, людський вид, є прикрою аномалією в цій теорії. Гіпотеза Гаї послужила поштовхом до появи ідеї "вузького місця Гаї". Згідно з цією ідеєю, у Всесвіті немає необхідних умов для життя, але коли життя з'являється, воно рідко здатне підтримувати довготривалу придатність для проживання на своїй планеті.

Результати цього дослідження ще більш песимістичні, зазначає Саутерей. Як показано на прикладі марсіанського метаногенезу, навіть найпростіші форми життя можуть активно загрожувати придатності для життя свого планетарного середовища.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.