De mogelijkheid dat er leven op Mars zou kunnen bestaan, spreekt al meer dan een eeuw tot de verbeelding van onderzoekers, wetenschappers en schrijvers. Sinds Giovanni Schiaparelli (en later Percival Lowell) in de 19e eeuw 'Martiaanse grachten' zag, dachten mensen ervan ooit afgezanten naar de Rode Planeet te sturen in de hoop een beschaving te vinden en de inheemse marsmannetjes te ontmoeten.
Terwijl de Zeeman en Viking programma's van de jaren zestig en zeventig verbrijzelden het idee van een Mars-beschaving, sindsdien zijn er meerdere bewijzen naar voren gekomen die aangeven hoe het leven ooit op Mars had kunnen bestaan. Dankzij een nieuwe studie, die aangeeft dat Mars mogelijk genoeg zuurstofgas onder zijn oppervlak heeft opgesloten om aërobe organismen te ondersteunen, de theorie dat het leven zou kunnen nog steeds bestaat er weer een boost gekregen.
De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Nature Geoscience, werd geleid door Vlada Stamenkovic, een aarde- en planeetwetenschapper en een theoretisch fysicus van NASA's Jet Propulsion Laboratory. Hij werd vergezeld door meerdere leden van de JPL en de afdeling Geologische en Planetaire Wetenschappen van het California Institute of Technology (Caltech).
Simpel gezegd, de mogelijke rol die zuurstofgas op Mars had kunnen spelen, heeft historisch gezien weinig aandacht gekregen. Dit komt doordat zuurstof een zeer klein percentage uitmaakt van de atmosfeer van Mars, die voornamelijk bestaat uit kooldioxide en methaan. Geochemisch bewijs van Mars-meteorieten en mangaanrijke gesteenten op het oppervlak heeft echter een hoge mate van oxidatie aangetoond.
Dit kan het gevolg zijn van water dat in het verleden op Mars aanwezig was, wat erop zou kunnen wijzen dat zuurstof een rol speelde bij de chemische verwering van de Mars-korst. Om deze mogelijkheid te onderzoeken, overwogen Stamenkovi en zijn team twee door de Nieuwsgierigheid rover. De eerste was chemisch bewijs van Curiosity's Chemistry and Mineralogy (CheMin) -instrument, dat de hoge oxidatieniveaus in monsters van Marsgesteente bevestigde.
Ten tweede hebben zij het door de Mars Express ' Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS) -instrument, dat de aanwezigheid van water onder het zuidelijke poolgebied van Mars aangaf. Met behulp van deze gegevens begon het team te berekenen hoeveel zuurstof er zou kunnen zitten in ondergrondse zilte afzettingen, en of dit al dan niet voldoende zou zijn om aerobe organismen in stand te houden.
Ze begonnen met het ontwikkelen van een uitgebreid thermodynamisch raamwerk om de oplosbaarheid van O² in vloeibare pekel (zout water en andere oplosbare mineralen) onder Marsomstandigheden te berekenen. Voor deze berekeningen gingen ze ervan uit dat de aanvoer van O² de atmosfeer van Mars was, die in contact zou kunnen komen met oppervlakte- en ondergrondse omgevingen - en dus overdraagbaar zou zijn.
Vervolgens combineerden ze dit oplosbaarheidsraamwerk met een Mars algemeen circulatiemodel (GCM) om de jaarlijkse snelheid te bepalen waarmee O² in pekels zou oplossen - rekening houdend met de lokale druk en temperatuur op Mars vandaag. Hierdoor konden ze onmiddellijk zien welke regio's het meest waarschijnlijk een hoge mate van O²-oplosbaarheid zouden hebben.
Ten slotte berekenden ze historische en toekomstige veranderingen in de scheefstand van Mars om te bepalen hoe de verspreiding van aerobe omgevingen de afgelopen 20 miljoen jaar is geëvolueerd en hoe ze in de komende 10 miljoen kunnen veranderen. Hieruit ontdekten ze dat er zelfs in de ergste scenario's voldoende zuurstof was in Marsgesteenten en ondergrondse reservoirs om aërobe microbiële organismen te ondersteunen. Zoals Stamenkovic Space Magazine vertelde:
“Ons resultaat is dat zuurstof onder moderne Mars-omstandigheden in verschillende pekels kan worden opgelost in concentraties die veel hoger zijn dan de aerobe microben nodig hebben om te ademen. We kunnen nog geen uitspraken doen over het potentieel van grondwater, maar onze resultaten zouden kunnen betekenen dat er koele pekels zijn die inwerken op rotsen die mangaanoxiden vormen, die zijn waargenomen bij MSL. ”
Uit hun berekeningen ontdekten ze dat de meeste ondergrondse omgevingen op Mars de zuurstofniveaus die nodig zijn voor aerobe ademhaling (~ 10 ^? 6 mol m ^? 3) met maximaal 6 ordes van grootte overschreden. Dit komt overeen met de zuurstofniveaus in de huidige oceanen van de aarde, en hoger dan wat er op aarde bestond vóór de Grote Oxygenatie-gebeurtenis, ongeveer 2,35 miljard jaar geleden (10 ^? 13–10 ^? 6 mol m ^? 3).
Deze bevindingen geven aan dat er nog leven kan bestaan in ondergrondse zoutwaterafzettingen en bieden een verklaring voor de vorming van sterk geoxideerde gesteenten. "De Curiosity-rover van MSL heeft mangaanoxiden gedetecteerd die doorgaans alleen ontstaan wanneer gesteenten interageren met sterk geoxideerde gesteenten", aldus Stamenkovic. "Dus onze resultaten zouden deze bevindingen kunnen verklaren als er koele pekel aanwezig was en de zuurstofconcentraties vergelijkbaar of hoger waren dan vandaag, terwijl de rotsen werden veranderd."
Ze concludeerden ook dat er meerdere locaties rond de poolgebieden zouden kunnen zijn waar veel hogere concentraties van O² bestonden, wat voldoende zou zijn om het bestaan van meer complexe meercellige organismen zoals sponzen te ondersteunen. Ondertussen zouden waarschijnlijk omgevingen met een gemiddelde oplosbaarheid optreden in lager gelegen gebieden dichter bij de evenaar met hogere oppervlaktedrukken - zoals Hellas en Amazonis Planitia, en Arabia en Tempe Terra.
Uit dit alles komt wat naar voren komt is een beeld van hoe het leven op Mars ondergronds had kunnen migreren, in plaats van simpelweg te verdwijnen. Terwijl de atmosfeer langzaam werd verwijderd en het oppervlak afkoelde, begon het water te bevriezen en naar de grond en ondergrondse caches te reizen, waar genoeg zuurstof aanwezig was om aërobe organismen onafhankelijk van fotosynthese te ondersteunen.
Hoewel deze mogelijkheid kan leiden tot nieuwe kansen bij het zoeken naar leven op Mars, kan het erg moeilijk (en niet raadzaam) zijn om ernaar op zoek te gaan. Om te beginnen hebben eerdere missies gebieden op Mars met waterconcentraties vermeden uit angst om ze te besmetten met aardbacteriën. Vandaar waarom aankomende missies zoals NASA'sMars 2020 rover zal zich richten op het verzamelen van bodemmonsters om naar sporen van vorig leven te zoeken.
Ten tweede, hoewel deze studie de mogelijkheid biedt dat er leven zou kunnen bestaan in ondergrondse caches op Mars, bewijst het niet overtuigend dat er nog steeds leven bestaat op de Rode Planeet. Maar zoals Stamenkovic aangaf, het opent deuren voor opwindend nieuw onderzoek en kan de manier waarop we naar Mars kijken fundamenteel veranderen:
“Dit betekent dat we nog zoveel te leren hebben over het potentieel voor leven op Mars, niet alleen in het verleden maar ook in het heden. Er zijn nog zoveel vragen open, maar dit werk geeft ook hoop om het potentieel van het huidige leven op Mars te verkennen - met de nadruk op aerobe ademhaling, iets heel onverwachts. ”
Een van de grootste implicaties van deze studie is de manier waarop het laat zien hoe Mars het leven onder andere omstandigheden dan die van de aarde had kunnen ontwikkelen. In plaats van dat anaërobe organismen in een schadelijke omgeving ontstaan en fotosynthese gebruiken om zuurstof te produceren (waardoor de atmosfeer geschikt is voor aërobe organismen), zou Mars zuurstof kunnen hebben gewonnen door rotsen en water om aërobe organismen in een koude omgeving weg van de zon te ondersteunen.
Deze studie kan ook gevolgen hebben bij het zoeken naar leven buiten de aarde. Hoewel ondergrondse microben op koude, uitgedroogde exoplaneten voor ons misschien niet de ideale definitie van 'bewoonbaar' lijken, creëert het wel een potentiële kans om te zoeken naar leven zoals wij dat doen niet weet het. Het vinden van leven buiten de aarde zal immers baanbrekend zijn, ongeacht de vorm die het aanneemt.
