maio 28, 2022

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Sonda Curiosity Mars vê forte assinatura de carbono no leito de rocha – pode indicar atividade biológica

O carbono é fundamental para a vida, até onde sabemos. Então, sempre que detectarmos uma forte pegada de carbono em algum lugar como Marte, isso pode indicar atividade biológica.

O forte sinal de carbono nas rochas marcianas indica algum tipo de processo biológico?

Qualquer sinal forte de carbono é interessante quando se procura vida. É um componente comum de toda a vida como a conhecemos. Mas existem diferentes tipos de carbono, e o carbono pode ser concentrado no meio ambiente por outros motivos. Isso não significa automaticamente que a vida está envolvida na pegada de carbono.

Os átomos de carbono sempre têm seis prótons, mas o número de nêutrons pode variar. Átomos de carbono com diferentes números de nêutrons são chamados de isótopos. Três isótopos de carbono existem naturalmente: C12 e C13, que são isótopos estáveis, e C14, que são radionuclídeos. C12 contém seis nêutrons, C13 contém sete nêutrons e C14 contém oito nêutrons.

Quando se trata de isótopos de carbono, a vida prefere C12. Eles o usam na fotossíntese ou para metabolizar alimentos. A razão é relativamente simples. C12 tem um nêutron a menos que C13, o que significa que quando se liga a outros átomos nas moléculas, faz menos conexões que C13 na mesma posição. A vida é basicamente preguiçosa, e você sempre se esforçará pela maneira mais fácil de fazer as coisas. C12 é mais fácil de usar porque forma menos ligações que C13. É mais fácil chegar ao C13, e a vida nunca toma o caminho mais difícil quando existe um caminho mais fácil.

A curiosidade está trabalhando duro na cratera Gale de Marte, procurando por sinais de vida. Ele escava as rochas, extrai uma amostra pulverizada e a coloca no laboratório de química a bordo. O Laboratório de Curiosidade chama-se SAM, que significa Análise de amostra em Marte. Dentro do SAM, o rover usa pirólise para assar a amostra e converter o carbono da rocha em metano. A pirólise é realizada em um fluxo de hélio inerte para evitar qualquer contaminação no processo. Em seguida, explora o gás com um instrumento chamado espectrômetro a laser ajustável Para descobrir os isótopos de carbono presentes no metano.

Ferramenta de Análise de Amostra do Rover Curiosity da NASA em Marte (SAM)

O instrumento de análise de amostras em Marte é chamado SAM. O SAM consiste em três instrumentos diferentes que pesquisam e medem os produtos químicos orgânicos e oligoelementos que são componentes potencialmente importantes da vida. Crédito: NASA/JPL-Caltech

A equipe por trás do sistema SAM Curiosity analisou 24 amostras de rochas com esse processo e descobriu recentemente algo digno de nota. Seis das amostras apresentaram níveis elevados de C12 a C13. Em comparação com o padrão de referência baseado na Terra para razões C12/C13, as amostras desses seis locais continham mais de 70 partes por mil de C12. Na Terra, 98,93% do carbono é C12 da Terra e C13 compõe os 1,07% restantes.

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Um novo estudo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) apresenta os resultados. seu título “Composições de isótopos de carbono empobrecidos foram observadas na Cratera Gale, Marte.O autor principal é Christopher House, um cientista curioso da Penn State University.

É uma descoberta emocionante, e se esses resultados fossem obtidos na Terra, indicariam que um processo biológico produziu uma abundância de C12.

Na Terra antiga, as bactérias pelágicas produziam metano como subproduto. Eles são chamados metanogênicos, que são procariontes do domínio Archaea. Metanogênicos ainda são encontrados hoje na Terra, em zonas úmidas com baixo teor de oxigênio, no trato digestivo de ruminantes e em ambientes hostis, como fontes termais.

Essas bactérias produzem metano, que entra na atmosfera e reage com a luz ultravioleta. Essas interações produzem moléculas mais complexas que caem na superfície da Terra. Eles foram preservados nas rochas da Terra junto com suas pegadas de carbono. A mesma coisa pode ter acontecido em Marte e, se aconteceu, poderia explicar as descobertas do Curiosity.

Mas este é Marte. Se a história da busca por vida em Marte nos diz alguma coisa, não é que devamos nos antecipar.

“Estamos encontrando coisas interessantes em Marte, mas realmente precisamos de mais evidências para dizer que identificamos vida”, disse Paul Mahaffey, ex-investigador principal que analisa amostras do Curiosity no Mars Laboratory. “Então, estamos analisando o que poderia ter sido a causa da assinatura de carbono que estamos vendo, se não a vida”.

A curiosidade examina um mistério

Curiosity capturou esta foto panorâmica de 360 ​​graus em 9 de agosto de 2018, em Vera Rubin Ridge. Fonte: NASA / JPL-Caltech / MSSS

Em seu artigo, os autores escreveram: “Existem várias explicações plausíveis para aqueles que estão anormalmente esgotados 13C é observado no metano em evolução, mas nenhuma explicação única pode ser aceita sem mais pesquisas. “

Uma dificuldade em entender pegadas de carbono como essas é o chamado viés do solo. A maior parte do que os cientistas sabem sobre a química da atmosfera e coisas relacionadas é baseada na Terra. Então, quando se trata da assinatura de carbono recém-descoberta em Marte, os cientistas podem achar difícil manter suas mentes abertas para novas possibilidades que podem não existir em Marte. A história da busca por vida em Marte nos diz isso.

Goddard astrobiologista Jennifer L. Eigenbrod, que esteve envolvida no estudo de carbono, disse. Anteriormente, Eigenbrode liderou uma equipe internacional de cientistas do Curiosity na descoberta de inúmeras moléculas orgânicas – contendo carbono – na superfície de Marte.

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“Precisamos abrir nossas mentes e pensar fora da caixa, e é isso que este jornal faz”, disse Eigenbrod.

Os pesquisadores citaram duas explicações não biológicas para a assinatura incomum de carbono em seu artigo. Um deles envolve nuvens moleculares.

A hipótese da nuvem molecular afirma que nosso sistema solar passou por uma nuvem molecular centenas de milhões de anos atrás. Este é um evento raro, mas acontece uma vez a cada 100 milhões de anos, então os cientistas não podem descartá-lo. Nuvens moleculares são principalmente hidrogênio molecular, mas uma pode ser rica no tipo mais leve de carbono Curiosity descoberto na Cratera Gale. A nuvem pode ter esfriado significativamente Marte, causando glaciação neste cenário. O resfriamento e a formação de gelo estavam impedindo que o carbono mais leve nas nuvens moleculares se misturasse com o outro carbono de Marte, criando depósitos de dióxido de carbono elevado. O artigo afirma que “o derretimento glacial durante o período glacial e o recuo do gelo posteriormente devem deixar partículas de poeira interestelar na superfície geomorfológica”.

A hipótese se encaixa, já que o Curiosity encontrou alguns altos níveis de C12 no topo dos cumes – como o Vera Rubin Ridge – e outros pontos altos na Cratera Gale. As amostras foram coletadas de “… uma variedade de rochas (argila, areia e arenito) e foram distribuídas provisoriamente durante as operações da missão até o momento”, afirma o jornal. No entanto, a hipótese da nuvem molecular é uma cadeia improvável de eventos.

Rover Curiosity da NASA em Vera Robin Ridge

O rover Curiosity da NASA levanta seu braço robótico com a broca apontando para o céu enquanto explora Vera Rubin Ridge na base do Monte Sharp dentro da Cratera Gale – ladeada por uma borda distante da cratera. Este mosaico de câmeras Navcam é costurado a partir de imagens brutas tiradas no Sol 1833, 2 de outubro de 2017, e foi colorido. Crédito: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.

Outra hipótese não biológica envolve a luz ultravioleta. A atmosfera marciana contém mais de 95% de dióxido de carbono e, neste cenário, a luz UV pode reagir com o gás dióxido de carbono na atmosfera marciana, resultando em novas partículas contendo carbono. As partículas teriam chovido em Marte e se tornado parte das rochas de lá. Essa hipótese é semelhante a como os metanogênicos produzem indiretamente C12 na Terra, mas é completamente abiótico.

“Todas as três explicações se encaixam nos dados”, disse o principal autor Christopher House. “Nós simplesmente precisamos de mais dados para descartá-los ou excluí-los.”

As rochas carbonáceas distintivas de Marte

Esta figura do estudo esclarece as três hipóteses que poderiam explicar a assinatura do carbono. O azul mostra o metano biologicamente produzido no interior de Marte, que precipitou a matéria orgânica empobrecida 13°C após a fotólise. Laranja mostra reações fotoquímicas via luz UV que podem resultar em muitos produtos atmosféricos, alguns dos quais podem ser depositados como matéria orgânica com ligações químicas facilmente quebradas. Gray mostra a hipótese da nuvem molecular. Crédito: House et al. 2022.

“Na Terra, os processos que produzem o sinal de carbono que detectamos em Marte são processos biológicos”, acrescentou House. “Temos que entender se a mesma explicação funciona para Marte ou se existem outras explicações porque Marte é completamente diferente.”

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Aproximadamente metade das amostras do Curiosity continham níveis inesperadamente altos de C12. Não só é maior do que a proporção da Terra; É mais alto do que os cientistas encontraram em meteoritos marcianos e na atmosfera marciana. As amostras vieram de cinco locais na Cratera Gale, e todos os locais tinham uma coisa em comum: eles tinham telhados antigos bem preservados.

Como disse Paul Mahaffy, os resultados são “impressionantemente intrigantes”. Mas os cientistas ainda estão aprendendo sobre o ciclo do carbono em Marte, e ainda não sabemos muito. É tentador fazer suposições sobre o ciclo do carbono em Marte com base no ciclo do carbono na Terra. Mas o carbono pode circular por Marte de maneiras que ainda não imaginamos. Se essa assinatura de carbono é ou não um sinal de vida ainda é um conhecimento valioso quando se trata de entender a assinatura de carbono de Marte.

“Definir o ciclo do carbono em Marte é absolutamente fundamental para tentar entender como a vida pode se encaixar nesse ciclo”, disse Andrew Steele, um cientista curioso da Carnegie Institution for Science em Washington, DC. “Fizemos isso com sucesso na Terra, mas estamos apenas começando a definir esse ciclo para Marte.”

Mas não é fácil tirar conclusões sobre Marte com base no ciclo do carbono na Terra. Steele explicou isso quando disse: “Há uma grande parte do ciclo do carbono na Terra que inclui a vida, e por causa da vida, há uma grande parte do ciclo do carbono na Terra que não entendemos porque em todos os lugares que olhamos, há vida .”

Selfie de perseverança em Rochette

O rover Perseverance da NASA procura sinais de vida antiga em Marte na Cratera Jezero. Os resultados do Curiosity podem informar as atividades de amostragem de persistência. Crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS

O Curiosity ainda está operando em Marte e estará por um tempo. O significado dessas amostras, juntamente com uma melhor compreensão do ciclo do carbono em Marte, está por vir. O Curiosity levará mais amostras de rochas para medir as concentrações de isótopos de carbono. Ele coletará amostras de rochas de outras superfícies antigas e bem preservadas para ver se os resultados são semelhantes a esses. Idealmente, ele encontraria outra coluna de metano e a amostraria, mas esses eventos são imprevisíveis e não há como se preparar para um.

De qualquer forma, esses resultados ajudarão na coleta de amostras de persistência na Cratera Jezero. A perseverança pode confirmar sinais semelhantes de carbono e até determinar se são ou não biológicos.

Perseverance também está coletando amostras para retornar à Terra. Os cientistas estudarão essas amostras mais ativamente do que o laboratório do rover, então quem sabe o que aprenderemos.

A vida antiga em Marte é uma possibilidade tentadora, mas por enquanto, pelo menos, não é certa.

Postado originalmente em universo hoje.

Para mais informações sobre esta pesquisa, consulte:

Referência: “Composições de isótopos de carbono esgotadas observadas na Cratera Gale, Marte” por Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin e Paul R. Mahaffey, 17 de janeiro de 2022, Anais da Academia Nacional de Ciências.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119