Dos muestras marcianas juntas proporcionan un nuevo estudio con una “prueba irrefutable” que revela el origen del material orgánico marciano. El estudio proporciona evidencia sólida de una predicción hecha hace una década por investigadores de la Universidad de Copenhague que es clave para comprender cómo se formaron por primera vez las moléculas orgánicas en la Tierra, la base de la vida.
En el cráter de un meteorito del Planeta Rojo, deambula un robot solitario. En este momento probablemente esté recolectando muestras de suelo con un taladro y un brazo robótico, como está bastante acostumbrado a hacer. El rover Curiosity de la NASA ha estado activo en Marte como una extensión de la ciencia durante casi 12 años y continúa haciendo descubrimientos que sorprenden y desafían la comprensión de los científicos tanto de Marte como de nuestro propio mundo en la Tierra.
Más recientemente, el descubrimiento de materia orgánica sedimentaria con propiedades especiales ha dejado a muchos investigadores rascándose la cabeza. Las propiedades de estos materiales a base de carbono, en particular la proporción de sus isótopos de carbono, desconcertaron a los investigadores.
Los materiales orgánicos con tales características, si se encuentran en la Tierra, normalmente serían indicativos de microorganismos, pero también podrían ser el resultado de procesos químicos no biológicos. Los hallazgos claramente dejaron a los investigadores luchando por encontrar una respuesta clara, pero nada parecía ser así.
Sin embargo, por la colaboración en la investigación detrás de un nuevo estudio publicado en Naturaleza Geociencia, Ha habido muchos menos rasguños y mucha más emoción.
De hecho, el descubrimiento en Marte proporcionó la pieza que faltaba para que todo encajara para este grupo de investigadores de la Universidad de Copenhague y el Instituto Tecnológico de Tokio.
Como dice el coautor y profesor de química Matthew Johnson, esta es la “prueba irrefutable” necesaria para confirmar su teoría de hace una década sobre la llamada fotólisis en la atmósfera marciana.
Con la muestra del Curiosity, la nueva investigación puede demostrar con razonable certeza que el Sol descompone el CO.2 En la atmósfera marciana hace miles de millones de años, como predijo la antigua teoría. Y que el monóxido de carbono resultante reaccionó lentamente con otras sustancias químicas de la atmósfera para sintetizar moléculas complejas y así proporcionar a Marte material orgánico.
“Estas moléculas complejas basadas en carbono son los requisitos previos para la vida, los componentes básicos de la vida. Por lo tanto, es un poco como el viejo debate sobre quién fue primero, el huevo o la gallina. Mostramos que los materiales orgánicos formados por reacciones fotoquímicas de la atmósfera que se encuentra en Marte – sin vida es el ‘huevo’, es la condición de la vida si este material orgánico dio lugar a vida en el Planeta Rojo.” Johnson dijo y continuó:
“Además, porque la Tierra, Marte y Venus tenían CO2 muy similar.2 El profesor Matthew Johnson, del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague, dijo que cuando ocurrió la fotólisis hace mucho tiempo, también podría ser importante para nuestra comprensión de cómo comenzó la vida en la Tierra.
Dos piezas separadas por 50 millones de kilómetros: un rompecabezas resuelto.
Hace 12 años, Johnson y dos colegas utilizaron simulaciones basadas en la mecánica cuántica para determinar cuándo se libera CO.2 La rica atmósfera está expuesta a la luz ultravioleta del sol, en un proceso llamado fotólisis.
Básicamente, alrededor del 20 por ciento del CO2 en Marte.2 Se divide en oxígeno y monóxido de carbono. Pero el carbono tiene dos isótopos estables: el carbono-12 y el carbono-13. Normalmente están presentes en una proporción de un carbono-13 por cada 99 carbono-12. Sin embargo, la fotólisis es más rápida para el carbono 12 más ligero, por lo que el monóxido de carbono producido por la fotólisis tiene menos carbono 13 (agotado) y permanece por encima del CO.2 Hay más.
Gracias a esto, Johnson y sus colegas pudieron hacer predicciones muy precisas sobre la proporción de isótopos de carbono después de la fotólisis. Y eso les dio dos huellas dactilares distintivas. Uno de ellos fue identificado hace años en una muestra diferente de Marte.
“En realidad tenemos un pedazo de Marte aquí en la Tierra, que fue derribado del planeta por un asteroide, y luego se convirtió en uno cuando llegó aquí a la Tierra. Se llama meteorito, Allen Hills 84001 Antártida. Por la ubicación donde Como se descubrió, los minerales carbonatados se forman a partir de CO.2 La prueba irrefutable aquí en la atmósfera es que la proporción de isótopos de carbono que contiene coincide exactamente con nuestras predicciones en simulaciones químicas cuánticas, pero faltaba una pieza del rompecabezas. Nos faltaban otros productos de esta reacción química para confirmar la teoría, y esto es lo que tenemos ahora”, afirma Matthew Johnson.
El carbono del meteorito Allen Hills está enriquecido en carbono-13, lo que lo convierte en una imagen especular de la disminución de carbono-13 que ahora se mide en el material orgánico encontrado por Curiosity en Marte.
El nuevo estudio combina así datos de dos muestras que, según los investigadores, tienen el mismo origen en la infancia de Marte, pero que se encontraron a más de 50 millones de kilómetros de distancia.
“No hay otra manera de explicar tanto el agotamiento del carbono-13 en el material orgánico como el enriquecimiento en los meteoritos marcianos, ambos relacionados con la composición del CO volcánico.2 “Las erupciones en Marte tienen una estructura consistente, similar a la de los volcanes de la Tierra, y sirven como base”, dijo Johnson.
Espere encontrar la misma evidencia en la Tierra.
Debido a que el material orgánico tiene esta “huella digital” isotópica de su origen, los investigadores pueden rastrear la fuente del carbono en el material orgánico hasta el monóxido de carbono formado mediante fotólisis en la atmósfera. Pero también revela mucho sobre lo que pasó en el medio.
“Esto demuestra que el monóxido de carbono es el punto de partida para la síntesis de moléculas orgánicas en este tipo de entorno. Así que tenemos una conclusión importante sobre el origen de los componentes básicos de la vida, aunque hasta ahora sólo en Marte”, afirmó Matthew Johnson.
Johnson explica que los investigadores esperan encontrar la misma evidencia isotópica en la Tierra, pero eso aún no ha sucedido y podría ser un gran desafío porque nuestro desarrollo geológico ha cambiado la superficie significativamente en comparación con Marte.
“Es razonable suponer que la fotólisis del CO2, en toda su complejidad, también fue un requisito previo para el surgimiento de la vida aquí en la Tierra. Tal vez porque la superficie de la Tierra está tan viva, geológica y literalmente, y por lo tanto continúa cambiando continuamente, pero es un gran paso ahora que lo hemos encontrado en Marte, ya que los dos planetas eran muy similares”. .
Hechos: Material orgánico
Las muestras encontradas en Marte contienen depósitos del llamado material orgánico. Para el profano esto puede parecer más interesante de lo que es. La materia orgánica en un contexto químico no significa necesariamente materia viva, como comúnmente se podría pensar. El término cubre moléculas que contienen carbono y al menos otro elemento y que podrían existir fácilmente sin vida. Estas moléculas son los componentes básicos de la vida.
Hechos: ¿Qué es la fotólisis?
La fotólisis significa que los rayos ultravioleta del sol proporcionan a las moléculas la energía necesaria para llevar a cabo un cambio químico. Según la investigación, esto sucedió en la atmósfera de Marte, donde el 20% de CO2 Las moléculas allí se dividen en oxígeno y monóxido de carbono.
En investigaciones anteriores, Johnson y sus colegas demostraron que el dióxido de carbono, que contiene el isótopo carbono-12, se fotoliza más rápidamente que el isótopo carbono-13, más pesado.
Con el tiempo, se produce CO, que se descompone en 13C, y el 13C se convierte en el CO2 restante. Esto da como resultado el llamado enriquecimiento isotópico de CO.2 y reducción de CO, como imágenes especulares o dos mitades entre sí o un plato roto.
Esta es la proporción de fracciones de carbono que sirve como evidencia de fotólisis en las dos muestras marcianas.
Hechos: El oxígeno le dio a Marte su color rojo.
Fotólisis de un CO2 La molécula produce monóxido de carbono (CO) y un átomo de oxígeno (O). Lo único que queda en Marte es monóxido de carbono, que ha sido convertido en materia orgánica detectada por el rover Curiosity.
Pero tampoco es un secreto a dónde fue el oxígeno. El oxígeno se combina con el O.2, que interactúa con el hierro en la superficie marciana. El planeta rojo es de color rojo oxidado debido al hierro oxidado.
Hechos: Los isótopos tienen diferentes pesos.
Los isótopos son diferentes formas del mismo elemento que tienen diferentes pesos porque el núcleo tiene más o menos neutrones.
El carbono tiene dos isótopos estables; normalmente, alrededor del 99 por ciento de los núcleos de carbono tienen 6 protones y 6 neutrones.12C). Aproximadamente el 1% contiene 6 protones y 7 neutrones (13C). Esta relación puede actuar como una huella química que muestra cómo ha reaccionado el carbono.
La fotólisis favorece el carbono 12 y una alta concentración del isótopo puede indicar este proceso.
Información adicional: famoso meteorito de Marte
El descubrimiento de sedimentos orgánicos en Marte con una baja proporción de carbono-13 completa el rompecabezas de la evidencia experimental de la teoría de la fotólisis, ya que los investigadores encontraron hace años otra pieza del rompecabezas en el famoso meteorito Allenhills 84001. Carbonatos con altas concentraciones de isótopos pesados de carbono-13.
Descubierto en la Antártida hace 40 años por Roberta Schor, se cree que este meteorito se originó en el Planeta Rojo y se hizo particularmente famoso por sus pocos depósitos, como anunciaron en 1996 investigadores de la NASA que creen haber encontrado rastros de fósiles microscópicos de bacterias. . De Marte
Hoy en día, el consenso es que estos depósitos son abióticos, es decir, producidos por procesos no biológicos.
Información adicional: Marte, la Tierra y Venus tenían la misma atmósfera.
Según los investigadores, la atmósfera de la Tierra era aproximadamente la misma que la de nuestros planetas vecinos, Marte y Venus, hace miles de millones de años.
Cuando los primeros planetas Venus, la Tierra y Marte finalmente formaron superficies sólidas, los investigadores creen que comenzaron a liberar grandes cantidades de CO2 a través de una actividad volcánica extrema. Así crearon su primera atmósfera con grandes cantidades de gas. El oxígeno aún no formaba parte de la atmósfera. Sucedió más tarde en la Tierra, después de la aparición de la vida.
La teoría de la fotólisis afirma que los rayos ultravioleta del sol inician una serie de reacciones químicas. Una cadena que comienza con la descomposición del CO2 en monóxido de carbono, el componente básico de una gran cantidad de otros compuestos químicos.
Así, con la ayuda del Sol, se formó la base de muchos de los compuestos de carbono y moléculas complejas que tenemos hoy; en el caso de la Tierra, la base de la vida.
“Los destinos de los tres planetas han diferido significativamente desde entonces. El dióxido de carbono de la Tierra ha reaccionado con grandes cantidades de nuestra agua superficial, y gran parte de ella ha evolucionado con el tiempo hasta convertirse en rocas carbonatadas como la piedra caliza. Se acumuló a medida que el nitrógeno dominaba la atmósfera, dando lugar a a la vida tal como la conocemos hoy, y los microorganismos produjeron oxígeno, que, entre otras cosas, formó nuestra capa de ozono, mientras que Marte y Venus todavía tienen atmósferas muy dominadas por CO2”, explica Matthew Johnson.
Hoy en día, Venus tiene una atmósfera muy densa y tóxica compuesta principalmente de CO2, lo que le da una temperatura superficial de unos 450 grados Celsius.
En Marte, la atmósfera se ha vuelto mucho más delgada que en la Tierra, dejando un paisaje desértico.
