Le carbone est essentiel à la vie, à notre connaissance. Ainsi, chaque fois que nous détectons une forte empreinte carbone quelque part comme Mars, cela pourrait indiquer une activité biologique.
Le fort signal de carbone dans les roches martiennes indique-t-il des processus biologiques quelconques ?
Tout signal carbone fort est intéressant quand on cherche la vie. C’est une composante commune de toute vie telle que nous la connaissons. Mais il existe différents types de carbone, et le carbone peut être concentré dans l’environnement pour d’autres raisons. Cela ne signifie pas automatiquement que la vie est impliquée dans l’empreinte carbone.
Les atomes de carbone ont toujours six protons, mais le nombre de neutrons peut varier. Les atomes de carbone avec différents nombres de neutrons sont appelés isotopes. Trois isotopes du carbone existent naturellement : C12 et C13, qui sont des isotopes stables, et C14, qui sont des radionucléides. C12 contient six neutrons, C13 contient sept neutrons et C14 contient huit neutrons.
En ce qui concerne les isotopes du carbone, la vie préfère le C12. Ils l’utilisent dans la photosynthèse ou pour métaboliser les aliments. La raison est relativement simple. C12 a un neutron de moins que C13, ce qui signifie que lorsqu’il se lie à d’autres atomes dans les molécules, il établit moins de connexions que C13 dans la même position. La vie est fondamentalement paresseuse et vous vous efforcerez toujours de trouver la manière la plus simple de faire les choses. C12 est plus facile à utiliser car il forme moins de liaisons que C13. Il est plus facile de se rendre au C13, et la vie ne prend jamais le chemin difficile lorsqu’un moyen plus facile est disponible.
La curiosité est à l’œuvre dans le cratère Gale de Mars, à la recherche de signes de vie. Il creuse les roches, extrait un échantillon pulvérisé et le place dans le laboratoire de chimie à bord. Le laboratoire de curiosité s’appelle SAM, ce qui signifie Analyse d’échantillons sur Mars. À l’intérieur du SAM, le rover utilise la pyrolyse pour cuire l’échantillon et convertir le carbone de la roche en méthane. La pyrolyse est effectuée dans un flux d’hélium inerte pour éviter toute contamination dans le processus. Puis il explore le gaz avec un instrument appelé spectromètre laser accordable Connaître les isotopes du carbone présents dans le méthane.
L’instrument d’analyse d’échantillons sur Mars s’appelle SAM. SAM se compose de trois instruments différents qui recherchent et mesurent les produits chimiques organiques et les éléments légers qui sont des composants potentiellement importants de la vie. Crédit : NASA/JPL-Caltech
L’équipe derrière le système SAM Curiosity a examiné 24 échantillons de roche au cours de ce processus et a récemment découvert quelque chose de remarquable. Six des échantillons présentaient des niveaux élevés de C12 à C13. Par rapport à la norme de référence terrestre pour les rapports C12/C13, les échantillons de ces six sites contenaient plus de 70 parties par millier de C12. Sur Terre, 98,93 % du carbone est du C12 Terre, et le C13 représente les 1,07 % restants.
Une nouvelle étude publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS) présente les résultats. son titre « Des compositions d’isotopes de carbone appauvris ont été observées dans le cratère Gale, Mars.L’auteur principal est Christopher House, un scientifique curieux à la Penn State University.
C’est une découverte passionnante, et si ces résultats étaient obtenus sur Terre, ils indiqueraient qu’un processus biologique a produit une abondance de C12.
Sur la Terre antique, les bactéries pélagiques produisaient du méthane comme sous-produit. Ils s’appellent méthanogènes, qui sont des procaryotes du domaine Archaea. Les méthanogènes se trouvent encore aujourd’hui sur Terre, dans les zones humides à faible teneur en oxygène, dans le tube digestif des ruminants et dans des environnements difficiles tels que les sources chaudes.
Ces bactéries produisent du méthane, qui pénètre dans l’atmosphère et réagit avec la lumière ultraviolette. Ces interactions produisent des molécules plus complexes qui tombent à la surface de la Terre. Ils ont été préservés dans les roches de la Terre avec leurs empreintes carbone. La même chose s’est peut-être produite sur Mars, et si c’était le cas, cela pourrait expliquer les découvertes de Curiosity.
Mais c’est Mars. Si l’histoire de la recherche de la vie sur Mars nous dit quelque chose, ce n’est pas qu’il faille prendre de l’avance.
« Nous trouvons des choses intéressantes sur Mars, mais nous avons vraiment besoin de plus de preuves pour dire que nous avons identifié la vie », a déclaré Paul Mahaffey, un ancien chercheur principal analysant des échantillons de Curiosity au Mars Laboratory. « Nous examinons donc ce qui aurait pu être la cause de la signature carbone que nous voyons, sinon la vie. »
Curiosity a capturé cette photo panoramique à 360 degrés le 9 août 2018 à Vera Rubin Ridge. Source : NASA / JPL-Caltech / MSSS
Dans leur article, les auteurs ont écrit : « Il existe de multiples explications plausibles pour ceux qui sont anormalement épuisés. 13C est observé dans le méthane en évolution, mais aucune explication unique ne peut être acceptée sans des recherches supplémentaires. «
L’une des difficultés à comprendre les empreintes carbone comme celles-ci est ce que l’on appelle le biais au sol. La plupart de ce que les scientifiques savent de la chimie de l’atmosphère et des choses connexes est basée sur la Terre. Ainsi, en ce qui concerne la signature carbone récemment découverte sur Mars, les scientifiques peuvent avoir du mal à garder l’esprit ouvert à de nouvelles possibilités qui n’existent peut-être pas sur Mars. L’histoire de la recherche de la vie sur Mars nous le dit.
L’astrobiologiste de Goddard, Jennifer L. Eigenbrod, qui a participé à l’étude sur le carbone, a déclaré. Auparavant, Eigenbrode a dirigé une équipe internationale de scientifiques de Curiosity dans la découverte d’innombrables molécules organiques – contenant du carbone – à la surface de Mars.
« Nous devons ouvrir nos esprits et sortir des sentiers battus, et c’est ce que fait ce document », a déclaré Eigenbrod.
Les chercheurs ont cité deux explications non biologiques pour la signature carbone inhabituelle dans leur article. L’un d’eux concerne les nuages moléculaires.
L’hypothèse du nuage moléculaire stipule que notre système solaire a traversé un nuage moléculaire il y a des centaines de millions d’années. C’est un événement rare, mais il se produit une fois tous les 100 millions d’années, les scientifiques ne peuvent donc pas l’exclure. Les nuages moléculaires sont principalement de l’hydrogène moléculaire, mais l’un d’entre eux pourrait être riche en carbone de type plus léger, découvert dans le cratère Gale. Le nuage peut avoir considérablement refroidi Mars, provoquant une glaciation dans ce scénario. Le refroidissement et le givrage empêchaient le carbone plus léger des nuages moléculaires de se mélanger avec l’autre carbone de Mars, créant des dépôts de dioxyde de carbone élevé. L’article déclare que « la fonte des glaciers pendant la période glaciaire et le recul de la glace par la suite devraient laisser des particules de poussière interstellaires à la surface géomorphologique ».
L’hypothèse correspond puisque Curiosity a trouvé des niveaux élevés de C12 au sommet des crêtes – comme la crête de Vera Rubin – et d’autres points culminants au cratère Gale. Les échantillons ont été prélevés sur « … une variété de roches (argile, sable et grès) et ont été provisoirement distribués pendant les opérations de la mission à ce jour », indique le document. Cependant, l’hypothèse du nuage moléculaire est une chaîne d’événements improbable.
Le rover Curiosity de la NASA lève son bras robotique avec la perceuse pointant vers le ciel alors qu’il explore la crête de Vera Rubin à la base du mont Sharp à l’intérieur du cratère Gale – flanqué d’un bord de cratère éloigné. Cette mosaïque de caméra Navcam est cousue à partir d’images brutes prises au Sol 1833, le 2 octobre 2017, et a été colorée. Crédit : NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.
Une autre hypothèse non biologique implique la lumière ultraviolette. L’atmosphère martienne contient plus de 95 % de dioxyde de carbone et, dans ce scénario, la lumière UV peut réagir avec le dioxyde de carbone gazeux dans l’atmosphère martienne, entraînant la formation de nouvelles particules contenant du carbone. Les particules seraient tombées sur Mars et auraient fait partie des roches là-bas. Cette hypothèse est similaire à la façon dont les méthanogènes produisent indirectement du C12 sur Terre, mais elle est complètement abiotique.
« Les trois explications correspondent aux données », a déclaré l’auteur principal Christopher House. « Nous avons simplement besoin de plus de données pour les exclure ou les exclure. »
Ce chiffre de l’étude clarifie les trois hypothèses qui pourraient expliquer la signature carbone. Le bleu montre le méthane produit biologiquement à l’intérieur de Mars, qui a précipité la matière organique appauvrie à 13 °C après la photolyse. L’orange montre des réactions photochimiques via la lumière UV qui peuvent entraîner de nombreux produits atmosphériques, dont certains peuvent être déposés sous forme de matière organique avec des liaisons chimiques facilement rompues. Gray montre l’hypothèse du nuage moléculaire. Crédit : House et al. 2022.
« Sur Terre, les processus qui produisent le signal carbone que nous détectons sur Mars sont des processus biologiques », a ajouté House. « Nous devons comprendre si la même explication fonctionne pour Mars ou s’il existe d’autres explications car Mars est complètement différent. »
Environ la moitié des échantillons de Curiosity contenaient des niveaux étonnamment élevés de C12. Non seulement il est supérieur à la proportion de la Terre ; C’est plus élevé que ce que les scientifiques ont trouvé dans les météorites martiennes et l’atmosphère martienne. Les échantillons provenaient de cinq sites de Gale Crater, et tous les sites avaient une chose en commun : ils avaient des toits anciens bien conservés.
Comme l’a dit Paul Mahaffy, les résultats sont « impressionnants et intrigants ». Mais les scientifiques en apprennent encore sur le cycle du carbone sur Mars, et nous ne savons toujours pas grand-chose. Il est tentant de faire des hypothèses sur le cycle du carbone sur Mars en se basant sur le cycle du carbone sur Terre. Mais le carbone peut circuler à travers Mars d’une manière que nous n’avons pas encore devinée. Que cette signature carbone soit ou non finalement un signe de vie est toujours une connaissance précieuse pour comprendre la signature carbone de Mars.
« Définir le cycle du carbone sur Mars est absolument essentiel pour essayer de comprendre comment la vie pourrait s’intégrer dans ce cycle », a déclaré Andrew Steele, chercheur curieux à la Carnegie Institution for Science à Washington, D.C. « Nous l’avons fait avec succès sur Terre, mais nous commençons tout juste à définir ce cycle pour Mars. »
Mais il n’est pas facile de tirer des conclusions sur Mars en se basant sur le cycle du carbone sur Terre. Steele l’a expliqué lorsqu’il a dit : « Il y a une grande partie du cycle du carbone sur Terre qui inclut la vie, et à cause de la vie, il y a une grande partie du cycle du carbone sur Terre que nous ne comprenons pas parce que partout où nous regardons, il y a de la vie . »
Le rover Perseverance de la NASA recherche des signes de vie ancienne sur Mars à Jezero Crater. Les résultats de Curiosity pourraient éclairer les activités d’échantillonnage de la persistance. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS
Curiosity fonctionne toujours sur Mars et le sera encore un certain temps. La signification de ces échantillons, ainsi qu’une meilleure compréhension du cycle du carbone sur Mars, nous attendent. Curiosity prélèvera plus d’échantillons de roches pour mesurer les concentrations d’isotopes de carbone. Il échantillonnera des roches d’autres surfaces anciennes et bien conservées pour voir si les résultats sont similaires à ceux-ci. Idéalement, il rencontrerait une autre colonne de méthane et l’échantillonnerait, mais ces événements sont imprévisibles et il n’y a aucun moyen de s’y préparer.
Quoi qu’il en soit, ces résultats aideront à la collecte d’échantillons de persistance à Jezero Crater. La persévérance peut confirmer des signaux de carbone similaires et même déterminer s’ils sont biologiques ou non.
Perseverance collecte également des échantillons pour retourner sur Terre. Les scientifiques étudieront ces échantillons plus activement que le laboratoire du rover, alors qui sait ce que nous apprendrons.
La vie ancienne sur Mars est une possibilité alléchante, mais pour l’instant, du moins, ce n’est pas certain.
Publié à l’origine dans univers aujourd’hui.
Pour plus d’informations sur cette recherche, voir :
Référence : « Compositions d’isotopes de carbone appauvris observées au cratère Gale, Mars » par Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin et Paul R. Mahaffey, 17 janvier 2022, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2115651119