Hace cuatro mil millones de años, el sistema solar aún era joven. Casi completamente formados, sus planetas comenzaban a experimentar impactos de asteroides con un poco menos de frecuencia. Nuestro propio planeta podría haberse vuelto habitable hace 3.900 millones de años, pero su biosfera primitiva era muy diferente de lo que es hoy. La vida aún no había inventado la fotosíntesis, que unos 500 millones de años después se convertiría en su principal fuente de energía. Los microbios primordiales, los ancestros comunes de todas las formas de vida actuales en la Tierra, en los océanos de nuestro planeta, por lo tanto, tuvieron que sobrevivir con otra fuente de energía. Consumieron sustancias químicas liberadas desde el interior del planeta a través de sus sistemas hidrotermales y volcanes, que se acumularon como gas en la atmósfera.
Algunas de las formas de vida más antiguas de nuestra biosfera fueron microorganismos conocidos como “metanógenos hidrogenotróficos” que se beneficiaron particularmente de la composición atmosférica de la época. Alimentándose del CO2 (dióxido de carbono) y H2 (dihidrógeno) que abundaba en la atmósfera (representando el H2 entre el 0,01 y el 0,1% de la composición atmosférica, frente al actual aproximado del 0,00005%), aprovecharon la energía suficiente para colonizar la superficie de los océanos de nuestro planeta.
A cambio, liberaron a la atmósfera grandes cantidades de CH4 (también conocido como metano, de donde obtienen su nombre), un potente gas de efecto invernadero que se acumuló y calentó el clima. Dado que nuestro sol en ese momento no era tan brillante como lo es hoy, es posible que no haya podido mantener las condiciones templadas en la superficie del planeta sin la intervención de otros aspectos. Como tal, gracias a estos metanógenos, la aparición misma de la vida en la Tierra puede haber ayudado a asegurar la habitabilidad de nuestro planeta, estableciendo las condiciones adecuadas para la evolución y complejización de la biosfera terrestre durante los miles de millones de años que siguieron.
Si bien esta es la explicación más probable para el desarrollo temprano de la habitabilidad en la Tierra, ¿cómo fue para los otros planetas del sistema solar, como nuestro vecino, el planeta rojo? A medida que continuamos explorando Marte, se vuelve cada vez más claro que en su superficie se estaban desarrollando condiciones ambientales similares a las que permitieron que los metanógenos florecieran en los océanos de la Tierra.
La vida microbiana pudo haber residido dentro de los primeros cuatro kilómetros de la corteza porosa de Marte. Allí habría tenido refugio de las duras condiciones de la superficie (en particular, los dañinos rayos UV), temperaturas más favorables compatibles con el agua líquida y una fuente de energía potencialmente abundante en forma de gases atmosféricos liberados dentro de la corteza.
A la luz de estos aspectos, nuestro grupo de investigación se dirigió naturalmente a una pregunta clave: ¿podrían haber ocurrido en Marte los mismos eventos generadores de vida que ocurrieron en la Tierra?
Un retrato de Marte de hace cuatro mil millones de años.
Nos propusimos responder a esta pregunta utilizando tres modelos, que culminaron en los resultados publicados recientemente en la revista científica Nature Astronomy. El primer modelo nos permitió estimar cómo el vulcanismo en la superficie de Marte, la química interna de su atmósfera y la emisión de ciertas sustancias químicas al espacio pueden haber determinado la presión y la composición de la atmósfera del planeta. Las mismas características habrían determinado entonces la naturaleza del clima.
El segundo modelo buscaba identificar las características físicas y químicas de la corteza porosa de Marte, a saber, la temperatura, la composición química y la presencia de agua líquida. Estos fueron determinados en parte por las condiciones de la superficie (es decir, la temperatura de la superficie y la composición atmosférica) y en parte por las características internas del planeta (es decir, el gradiente térmico interno y la porosidad de la corteza).
Estos dos primeros modelos nos permitieron simular los ambientes superficiales y subterráneos del joven planeta Marte. Sin embargo, quedaron muchas incertidumbres con respecto a las principales características de este entorno (por ejemplo, el nivel de vulcanismo en ese momento y el gradiente térmico de la corteza). Para remediar este problema, usamos nuestro modelo para explorar una gran cantidad de características potenciales, lo que dio lugar a un conjunto de escenarios sobre cómo podría haber sido Marte hace unos cuatro mil millones de años.
El tercer y último modelo se relaciona con la biología de hipotéticos microorganismos metanogénicos marcianos, basado en la teoría de que habrían sido similares a los metanógenos en la Tierra, al menos en términos de necesidades energéticas. Usando este modelo, podríamos evaluar la habitabilidad de las condiciones en la Tierra para nuestros microbios en comparación con las condiciones ambientales subterráneas en Marte, de acuerdo con cada escenario ambiental generado por los dos modelos anteriores.
Cuando las condiciones dadas se consideraron habitables, el tercer modelo evaluó cómo estos microorganismos habrían sobrevivido bajo la superficie de Marte y, junto con los modelos de la corteza y la superficie, cómo esta biosfera microbiana subterránea habría influido en la composición química de la corteza, así como en la atmósfera y el clima. Al combinar la escala microscópica de la biología de los microbios metanogénicos con la escala global del clima de Marte, estos tres modelos juntos ayudaron a simular el comportamiento del ecosistema planetario marciano.
Habitabilidad subterránea muy probablemente existió dentro de la corteza de Marte
Varias pistas geológicas indican un flujo de agua líquida en la superficie de Marte hace cuatro mil millones de años, que habría formado ríos, lagos y, posiblemente, incluso océanos. Por lo tanto, el clima marciano era más templado de lo que es hoy. Al explicar cómo pudo haber ocurrido tal clima, nuestro modelo de superficie asume que Marte tenía una atmósfera densa (aproximadamente de la misma densidad que la de nuestro propio planeta hoy en día) que era particularmente rica en CO2 y H2, incluso más que el planeta Tierra. en el momento.
Este contexto atmosférico rico en CO2 puede haber proporcionado esencialmente al H2 atmosférico las características de un gas de efecto invernadero notablemente potente. Este H2 habría sido incluso más potente que el CH4 en las mismas condiciones. En otras palabras, si el 1% de la atmósfera marciana hubiera sido H2, el clima se habría calentado más que si el 1% hubiera sido CH4.
Según varios de los escenarios generados por nuestro modelo, este efecto invernadero por sí solo no habría sido suficiente para producir las condiciones climáticas necesarias para mantener el agua líquida en la superficie de Marte, lo que significa que el Planeta Rojo estaba cubierto de hielo. Además, si hubiera temperaturas adecuadas en lo profundo de la corteza marciana, tampoco la habrían hecho más habitable. Bloqueado por el hielo superficial, el CO2 y el H2 atmosféricos, la fuente de energía esencial para la vida metanogénica, no habrían podido penetrar en la corteza.
Sin embargo, la mayoría de nuestros escenarios indican que la presencia de agua líquida en la superficie del planeta habría sido posible al menos en sus regiones más cálidas, donde el CO2 atmosférico y el H2 podrían haber penetrado en la corteza. Nuestro modelo biológico atestigua que en todos estos escenarios, los microorganismos metanogénicos habrían encontrado temperaturas adecuadas y tenido acceso a una fuente de energía lo suficientemente grande para su supervivencia dentro de los primeros cientos de metros de la corteza. En resumen, aunque todavía no tenemos ninguna prueba objetiva de vida en Marte, ya sea en el pasado o en el presente, es muy probable que la corteza marciana hace cuatro mil millones de años albergara una biosfera subterránea compuesta por microorganismos metanogénicos.
Una edad de hielo provocada por una biosfera primitiva
¿Podrían estas hipotéticas formas de vida metanogénicas marcianas haber calentado el clima de su planeta de la misma manera que sus contrapartes terrestres? Por desgracia, la respuesta parece ser: no. Una biosfera subterránea basada en metanógenos habría consumido la gran mayoría del H2 del planeta y liberado cantidades considerables de CH4, lo que habría provocado cambios profundos en la atmósfera marciana.
Sin embargo, como hemos visto, el H2 era un gas de efecto invernadero más poderoso que el CH4 en el contexto de la atmósfera marciana primitiva, siendo sus respectivos efectos invernadero opuestos a los observados en la atmósfera actual de la Tierra, o lo que se habría observado en la atmósfera primitiva de la Tierra. . Mientras que el surgimiento de la metanogénesis en la Tierra ayudó a establecer un clima favorable y consolidó la habitabilidad terrestre, la vida metanogénica en Marte, al consumir la mayor parte del H2 atmosférico del planeta, habría enfriado drásticamente su clima en varias docenas de grados y contribuido a una mayor capa de hielo. Incluso en regiones sin hielo superficial, nuestros microorganismos hipotéticos probablemente habrían tenido que buscar temperaturas más viables, moviéndose más profundamente en la corteza y más lejos de su fuente de energía atmosférica. De esta manera, las acciones de estas formas de vida habrían causado que Marte se volviera menos hospitalario para la vida de lo que era inicialmente.
Autodestrucción: un estándar para la vida en el universo
En la década de 1970, James Lovelock y Lynn Margulis desarrollaron la hipótesis de Gaia, que propone que la habitabilidad de la Tierra se mantiene mediante un sistema autorregulador sinérgico que involucra tanto a la biosfera terrestre como al propio planeta. Nosotros, la especie humana, somos una desafortunada anomalía en esta teoría. Desde entonces, la hipótesis de Gaia ha provocado el surgimiento de la idea del “cuello de botella de Gaia”. Esto postula que el universo no carece de las condiciones necesarias para la vida, pero que cuando la vida aparece, rara vez es capaz de mantener la habitabilidad a largo plazo de su entorno planetario.
Los hallazgos de nuestro estudio son aún más pesimistas. Como se muestra en el ejemplo de la metanogénesis marciana, incluso las formas de vida más simples pueden poner en peligro activamente la habitabilidad de su entorno planetario.
Con información de Nature Astronomy
