Жизнь могла процветать на раннем Марсе, пока она не привела к изменению климата, вызвавшему его гибель.

Согласно исследованию, проведенному учеными из Университета Аризоны, если когда-либо на Марсе была жизнь — а это очень большое «если», — условия в младенчестве планеты, скорее всего, поддерживали ее.

Сухой и очень холодный, с разреженной атмосферой сегодняшний Марс крайне маловероятен для поддержания какой-либо формы жизни на поверхности. Но 4 миллиарда лет назад меньший, красный сосед Земли, возможно, был гораздо более гостеприимным, согласно исследованию, опубликованному в Астрономия природы.

Большинство экспертов по Марсу согласны с тем, что планета изначально имела атмосферу, которая была намного плотнее, чем сегодня. Богатый углекислым газом и водородом, он, вероятно, создал умеренный климат, который позволял воде течь и, возможно, микробной жизни процветать, по словам Реджиса Ферьера, профессора факультета экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны и одного из двух старших ученых. авторов на бумаге.

Авторы не утверждают, что на раннем Марсе существовала жизнь, но если бы она существовала, сказал Ферьер, «наше исследование показывает, что под землей ранний Марс, скорее всего, был бы пригоден для метаногенных микробов».

Известно, что такие микробы, которые зарабатывают на жизнь преобразованием химической энергии окружающей среды и выделением метана в качестве побочного продукта, существуют в экстремальных местах обитания на Земле, например, в гидротермальных жерлах вдоль трещин на дне океана. Там они поддерживают целые экосистемы, приспособленные к сокрушительному давлению воды, температурам, близким к нулю, и полной темноте.

Исследовательская группа проверила гипотетический сценарий зарождающейся марсианской экосистемы, используя современные модели марсианской коры, атмосферы и климата в сочетании с экологической моделью сообщества земных микробов, метаболизирующих углекислый газ и водород.

На Земле большая часть водорода связана с водой и редко встречается сама по себе, за исключением изолированных сред, таких как гидротермальные источники. Однако его изобилие в марсианской атмосфере могло обеспечить достаточный запас энергии для метаногенных микробов около 4 миллиардов лет назад, в то время, когда условия были более благоприятными для жизни, предполагают авторы. По словам Ферьера, ранний Марс сильно отличался от того, чем он является сегодня, и имел тенденцию быть теплым и влажным, а не холодным и сухим, благодаря большим концентрациям водорода и углекислого газа — сильных парниковых газов, удерживающих тепло в атмосфере.

«Мы думаем, что в то время на Марсе могло быть немного прохладнее, чем на Земле, но не так холодно, как сейчас, а средняя температура, скорее всего, колебалась выше точки замерзания воды», — сказал он. «В то время как нынешний Марс описывается как ледяной куб, покрытый пылью, мы представляем себе ранний Марс как каменистую планету с пористой корой, пропитанную жидкой водой, которая, вероятно, образовала озера и реки, возможно, даже моря или океаны».

Эта вода должна была быть чрезвычайно соленой, добавил он, согласно спектроскопическим измерениям горных пород, обнаженных на поверхности Марса.

Чтобы смоделировать условия, с которыми могли столкнуться ранние формы жизни на Марсе, исследователи применили модели, которые предсказывают температуру на поверхности и в земной коре для заданного состава атмосферы. Затем они объединили эти данные с моделью экосистемы, которую они разработали, чтобы предсказать, смогли бы биологические популяции выжить в своей местной среде и как они повлияли бы на нее с течением времени.

«После того, как мы создали нашу модель, мы запустили ее в работу в марсианской коре — образно говоря», — сказал первый автор статьи Борис Сотерей, бывший научный сотрудник группы Ферьера, а ныне — научный сотрудник Сорбонны в Париже. «Это позволило нам оценить, насколько правдоподобной была бы марсианская подземная биосфера. И если бы такая биосфера существовала, то как бы она модифицировала химический состав марсианской коры, и как эти процессы в коре повлияли бы на химический состав атмосферы .»

«Наша цель состояла в том, чтобы создать модель марсианской коры с ее смесью горных пород и соленой воды, позволить газам из атмосферы диффундировать в землю и посмотреть, смогут ли метаногены жить с этим», — сказал Ферьер, который занимает совместную должность в Парижский университет наук и литературы в Париже. «И ответ, вообще говоря, да, эти микробы могли жить в коре планеты».

Затем исследователи решили ответить на интригующий вопрос: если бы жизнь процветала под землей, как глубоко нужно было бы идти, чтобы найти ее? По словам Сотери, марсианская атмосфера обеспечивала химическую энергию, необходимую организмам для процветания, — в данном случае водород и углекислый газ.

«Проблема в том, что даже на раннем Марсе на поверхности все еще было очень холодно, поэтому микробам приходилось углубляться в кору, чтобы найти пригодную для жизни температуру», — сказал он. «Вопрос в том, насколько глубоко должна зайти биология, чтобы найти правильный компромисс между температурой и наличием молекул из атмосферы, необходимых для их роста? Мы обнаружили, что микробные сообщества в наших моделях были бы наиболее счастливы в нескольких сотнях метров».

Модифицируя свою модель, чтобы учесть, как процессы, происходящие над и под землей, влияют друг на друга, они смогли предсказать климатическую обратную связь изменения состава атмосферы, вызванного биологической активностью этих микробов. Удивительно, но исследование показало, что, хотя древняя марсианская жизнь, возможно, изначально процветала, ее химическая обратная связь с атмосферой должна была вызвать глобальное охлаждение планеты, в конечном итоге сделав ее поверхность непригодной для жизни и загоняя жизнь все глубже и глубже под землю, и, возможно, к вымиранию.

«Согласно нашим результатам, атмосфера Марса была бы полностью изменена биологической активностью очень быстро, в течение нескольких десятков или сотен тысяч лет», — сказал Сотери. «Удалив водород из атмосферы, микробы резко охладили климат планеты».

Поверхность раннего Марса вскоре должна была стать ледниковой в результате биологической активности. Другими словами, изменение климата, вызванное марсианской жизнью, могло способствовать тому, что поверхность планеты очень рано стала непригодной для жизни.

«Проблема, с которой тогда столкнулись бы эти микробы, заключалась в том, что атмосфера Марса практически исчезла, полностью истончилась, поэтому их источник энергии исчез, и им пришлось бы искать альтернативный источник энергии», — сказал Сотери. «Кроме того, температура значительно понизилась бы, и им пришлось бы углубляться в кору. На данный момент очень сложно сказать, как долго Марс оставался бы пригодным для жизни».

По словам авторов, будущие миссии по исследованию Марса могут дать ответы, но проблемы останутся. Например, несмотря на то, что они определили Hellas Planitia, обширную равнину, образованную ударом большой кометы или астероида в самом начале истории Марса, как особенно многообещающее место для поиска свидетельств прошлой жизни, топография этого места порождает некоторые Самые сильные пыльные бури на Марсе, которые могут сделать этот район слишком опасным для исследования автономным марсоходом.

Однако, как только люди начнут исследовать Марс, такие места могут вернуться в шорт-лист будущих миссий на планету, сказал Сотери. На данный момент команда сосредоточила свои исследования на современном Марсе. Марсоход Curiosity НАСА и спутник Mars Express Европейского космического агентства обнаружили повышенный уровень метана в атмосфере, и хотя такие всплески могут быть результатом процессов, отличных от микробной активности, они допускают интригующую возможность того, что формы жизни, такие как метаногены, могли выжить в изолированные карманы на Марсе, глубоко под землей — оазисы инопланетной жизни во враждебном мире.