Ψάχνοντας για ζωή:Το μεθάνιο μπορεί να έχει απαντήσεις στη ζωή στον Άρη και στο Σύμπαν
Η αναζήτηση για ζωή στο σύμπαν έχει εκτεταμένες επιπτώσεις, καθώς θα έθετε υπό αμφισβήτηση τη θέση μας ως ανθρώπων στον κόσμο. Το τεράστιο μέγεθος του σύμπαντος και το ευρύ φάσμα των περιβαλλόντων στα οποία βρίσκουμε είδη στη Γη καθιστούν πολύ εύλογο ότι μπορεί να βρούμε ζωή μέσα στις διάφορες συνθήκες που υπάρχουν σε άλλους πλανήτες και φεγγάρια στο ηλιακό μας σύστημα. Η γειτνίαση με τον Άρη, μαζί με ενδείξεις υγρού νερού που ρέει στην επιφάνειά του, τον έχουν κάνει ιδιαίτερα δημοφιλή για διάφορες μελέτες και αποστολές που αναζητούν σημεία ζωής. Ενώ η παρουσία υγρού νερού είναι απαραίτητη για όλη τη ζωή στη Γη, η τηλεπισκόπηση πλανητικών ατμοσφαιρών, όπως η ατμόσφαιρα του Άρη, έχει ανιχνεύσει αέρια που μπορεί επίσης να είναι ενδεικτικά βιολογικών διεργασιών.
Το μεθάνιο θα μπορούσε να είναι το κλειδί για τη ζωή στον Άρη
Ένα από αυτά τα αέρια, το μεθάνιο, έχει ανιχνευθεί στην ατμόσφαιρα του Άρη και θα μπορούσε να υποδηλώνει την παρουσία ζωής. Η διάρκεια ζωής του μεθανίου σε μια ατμόσφαιρα είναι περίπου 300 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι οι συνεχιζόμενες ανιχνεύσεις απαιτούν πρόσφατη αναπλήρωση, κάτι που θα μπορούσε ενδεχομένως να σημαίνει βιολογική προέλευση. Στη Γη, το μεθάνιο παράγεται μέσω του μεταβολισμού από μικροοργανισμούς που ονομάζονται μεθανογόνα. Τα μεθανογόνα είναι μέλη του τομέα Archaea και χρησιμοποιούν υδρογόνο (H2 ) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2 ) για την παραγωγή μεθανίου (CH4 ). Τα μεθανογόνα περιέχουν μια σειρά από χαρακτηριστικά που τα καθιστούν ιδανικούς υποψήφιους για τη μελέτη της ζωής σε συνθήκες του Άρη. Τα μεθανογόνα είναι μη φωτοσυνθετικά (που σημαίνει ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν σε υπόγεια περιβάλλοντα), αναερόβια (δεν απαιτούν την παρουσία οξυγόνου) και δεν απαιτούν οργανικά θρεπτικά συστατικά (που σημαίνει ότι δεν απαιτούν άλλους ζωντανούς οργανισμούς για να αναπτυχθούν). Τα μεθανογόνα αντιπροσωπεύουν επίσης μερικές από τις πρώτες μορφές ζωής που εξελίχθηκαν στη Γη, κάτι που θα μπορούσε να είναι το ίδιο για την πρώιμη ιστορία του Άρη, όταν ο πλανήτης ήταν θερμότερος, πιο υγρός και πιθανότατα, πιο φιλόξενος. Επιπλέον, ορισμένα μεθανογόνα ταξινομούνται ως "ακραιόφιλα" όσον αφορά τις ανοχές τους στη θερμοκρασία, την πίεση και τη συγκέντρωση αλατιού.
Αν και ο Άρης φαίνεται επί του παρόντος αφιλόξενος για τη ζωή –ο πλανήτης είναι κρύος και ξηρός– μπορεί να υπάρχουν ακόμα σχετικά κατοικήσιμες τοποθεσίες στον πλανήτη, ειδικά στο υπέδαφος. Σε αντίθεση με τη Γη, ο Άρης έχει πολύ λεπτή ατμόσφαιρα και δεν έχει στρώμα όζοντος. Έτσι, η επιφάνεια του Άρη δεν έχει καμία προστασία από την επιβλαβή UV και την ιονίζουσα ακτινοβολία. Εάν η ζωή εξελισσόταν στον Άρη κάποια στιγμή στο παρελθόν του πλανήτη, το υπόγειο του πλανήτη μπορεί να προσφέρει την καλύτερη ανάπαυλα.
Αν και ο Άρης είναι επί του παρόντος κρύος και ξηρός, υπάρχουν περιβάλλοντα στη Γη όπου οι μικροοργανισμοί θα εκτεθούν σε αυτά τα άκρα - για παράδειγμα, οι ξηρές κοιλάδες McMurdo της Ανταρκτικής ή η έρημος Atacama στη Χιλή. Ένας περιβαλλοντικός παράγοντας που υπάρχει στον Άρη που είναι μοναδικός στον πλανήτη, ωστόσο, είναι η χαμηλή πίεση. Στη Γη, η επιφανειακή πίεση είναι κατά μέσο όρο 1 bar (1000 mbar). στον Άρη, η επιφανειακή πίεση είναι μόνο περίπου 6 mbar - περίπου το 1/100 της πίεσης της Γης. Δεν υπάρχουν τοποθεσίες στη Γη όπου οι οργανισμοί θα μπορούσαν να εξελιχθούν σε χαμηλή πίεση. Για παράδειγμα, η πίεση στην κορυφή του Έβερεστ είναι 330 mbar. Οι μικροοργανισμοί μπορούν να εκτεθούν σε χαμηλή πίεση στην ατμόσφαιρα της Γης, σε υψόμετρο περίπου 20 km. Βακτήρια και μύκητες έχουν εντοπιστεί σε αυτά τα ύψη στην ατμόσφαιρα, αλλά αυτές οι τοποθεσίες πιθανότατα δεν αποτελούν μόνιμα οικοσυστήματα.
Δοκιμή εάν τα μεθανογόνα θα μπορούσαν να ζήσουν στον Άρη
Πρόσφατα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο Κέντρο Διαστημικών και Πλανητικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας έχουν δοκιμάσει την ικανότητα των μεθανογόνων να επιβιώνουν σε συνθήκες χαμηλής πίεσης, που κυμαίνονται από 6 mbar (η μέση επιφανειακή πίεση στον Άρη) έως 143 mbar. Αυτά τα πειράματα χρησιμοποίησαν τέσσερα είδη μεθανογόνων:Methanosarcina barkeri , Methanobacterium formicicum , Methanococcus maripaludis και Methanothermobacter wolfeii . Αυτά τα μεθανογόνα έχουν μελετηθεί ως υποψήφια για ζωή στον Άρη από τον Δρ Timothy Kral στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας για πάνω από είκοσι χρόνια. Η «Ανοχή χαμηλής πίεσης από μεθανογόνα σε υδατικό περιβάλλον:συνέπειες για την υπόγεια ζωή στον Άρη» περιλαμβάνει επτά πειράματα που δοκιμάζουν την επιβίωση των τεσσάρων μεθανογόνων σε χαμηλές πιέσεις. Η επιβίωση παρακολουθήθηκε με μέτρηση της παραγωγής μεθανίου από τα μεθανογόνα μετά από έκθεση σε χαμηλή πίεση.
Τα πειράματα 1 – 4 εξέθεσαν τα μεθανογόνα σε πιέσεις μεταξύ 33 mbar και 143 mbar για χρονικές περιόδους μεταξύ 6 και 11 ημερών. Οι καλλιέργειες που περιείχαν τα τέσσερα μεθανογόνα μέτρησαν σημαντικό μεθάνιο μετά από έκθεση σε χαμηλή πίεση, υποδεικνύοντας ότι τα μεθανογόνα ήταν ικανά να επιβιώσουν από την έκθεση σε αυτές τις πιέσεις. Τα πειράματα 5 και 6 ενσωμάτωσαν πιέσεις που μοιάζουν περισσότερο με την επιφανειακή πίεση του Άρη:Το πείραμα 5 αποτελούνταν από έκθεση 3 ημερών σε 6-10 mbar και το πείραμα 6 αποτελούνταν από έκθεση 5 ημερών σε 7-20 mbar. Και στα δύο πειράματα, οι καλλιέργειες και των τεσσάρων μεθανογόνων παρήγαγαν μεθάνιο μετά από έκθεση σε χαμηλή πίεση, υποδεικνύοντας ότι τα μεθανογόνα ήταν ικανά να επιβιώσουν από την έκθεση σε χαμηλή πίεση. Σε όλα τα πειράματα, τα μεθανογόνα αναπτύχθηκαν στο υγρό τους μέσο (ένας ζωμός που περιέχει βιταμίνες και μέταλλα που απαιτούνται για την ανάπτυξη).
Μία από τις συνέπειες της χαμηλής πίεσης είναι η ταχεία εξάτμιση του υγρού νερού. Αυτός ο παράγοντας περιόρισε τη διάρκεια των πειραμάτων. Το πείραμα 6 διήρκεσε μερικές ημέρες περισσότερο από το πείραμα 5 επειδή αυτό το πείραμα χρησιμοποίησε έναν προσομοιωτή ρηγόλιθο (στείρα βρωμιά που προοριζόταν να μοιάζει με τη βρωμιά στον Άρη) ως φράγμα διάχυσης – αυτός ο ρηγόλιθος που βρισκόταν πάνω από το μέσο καλλιέργειας επιβράδυνε την εξάτμιση του νερού. Στο έβδομο πείραμα, χρησιμοποιήθηκε μια διαφορετική μέθοδος για την έκθεση των καλλιεργειών σε χαμηλή πίεση για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Σε αυτό το πείραμα, οι καλλιέργειες εκτέθηκαν σε 50 mbar για 21 ημέρες. Οι δοκιμαστικοί σωλήνες παρέμειναν σφραγισμένοι υπό χαμηλή πίεση, έτσι ώστε να μην σημειωθεί εξάτμιση, επιτρέποντας τη μεγαλύτερη περίοδο έκθεσης. Παρόμοια με τα προηγούμενα αποτελέσματα, τα τέσσερα μεθανογόνα παρήγαγαν όλα μεθάνιο μετά από έκθεση σε χαμηλή πίεση για 21 ημέρες.
Αν και αυτά τα πειράματα περιλάμβαναν πιέσεις υψηλότερες από τη μέση επιφανειακή πίεση του Άρη, αυτές οι πιέσεις μπορεί να είναι ακόμα δυνατές στο υπέδαφος του Άρη, όπου υπάρχουν περισσότερα κατοικήσιμα περιβάλλοντα. Το παροδικό υγρό νερό φαίνεται στην επιφάνεια του Άρη με τη μορφή επαναλαμβανόμενων γραμμών κλίσης. Πρόκειται για σκοτεινές λωρίδες που εμφανίζονται στην επιφάνεια του Άρη και πιθανότατα αποτελούνται από πολύ αλμυρό νερό. Αυτές οι ραβδώσεις εμφανίζονται εποχιακά και πιστεύεται ότι σχηματίζονται από υδροφορείς στο υπέδαφος. Αυτό δείχνει ότι υπάρχει μια κινητή στήλη νερού που κινείται πάνω-κάτω στο υπέδαφος του Άρη καθώς αλλάζουν οι εποχές. Καθώς αυτή η στήλη νερού κινείται σε διαφορετικά βάθη, οι πιέσεις που συναντά στο υπέδαφος θα ποικίλλουν επίσης. Καθώς πρόκειται για πηγή υγρού νερού, αν και πολύ αλμυρού, αυτή η στήλη νερού θα μπορούσε να φιλοξενήσει μικροοργανισμούς όπως μεθανογόνα.
Πρόσθετα πειράματα για την ενεργό ανάπτυξη σε χαμηλή πίεση και την έκθεση μεθανογόνων σε άλλες συνθήκες του Άρη βρίσκονται σε εξέλιξη στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας.
Αυτή η μελέτη, Ανοχή χαμηλής πίεσης από μεθανογόνα σε υδατικό περιβάλλον:Επιπτώσεις για την υπόγεια ζωή στον Άρη, δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Origins of Life and Evolution of Biospheres .
