Descubierto en Marte un paisaje favorable a la aparición de la vida

Nuestro grupo de investigación acaba de publicar en Nature la primera prueba tangible de la existencia pasada y duradera de paisajes, entornos en la superficie de Marte, que fueron particularmente favorables a la aparición de la vida. En estos entornos pudo tener lugar la síntesis espontánea de moléculas biológicas.

Hemos descubierto estructuras fósiles que prueban ciclos repetidos y duraderos de secado-humedecimiento en sedimentos muy antiguos de la superficie de Marte. Son lo que en la Tierra vemos como un charco sobre el barro que se ha secado.

Esta alternancia seco-húmedo favorece la concentración de moléculas orgánicas simples (azúcares o aminoácidos) y los procesos químicos que dan lugar a la polimeración, es decir, el proceso de conectar moléculas pequeñas y formar moléculas más grandes que pudieron existir en los sedimentos marcianos. Estos procesos constituyen un paso fundamental hacia la síntesis de moléculas biológicas como los ácidos nucleicos (ADN o ARN).

La cuestión que preocupa a los científicos no es tanto si la vida existió en un planeta distinto de la Tierra, sino más bien dónde y cómo surgió la vida tal y como la conocemos.

Desde mediados de los años 80, los bioquímicos reconocen que el ARN fue fundamental en el camino hacia la vida. El ARN fue una molécula autocatalítica original, portadora de información genética, con funciones enzimáticas. En un paso posterior, las proteínas, más abundantes, suplantaron la función enzimática del ARN, y el ADN, mucho más estable, sustituyó al ARN como molécula portadora de la información genética.

Pero ¿cómo fue posible el principio? ¿Cómo se llego al ARN original? Para acceder al mundo del ARN, que es una molécula compleja, tuvo que construirse una secuencia polimérica de ribonucleótidos, cada una de esas secuencias debía estar formada por un grupo fosfato, un azúcar (ribosa) y una base nitrogenada (adenina, por ejemplo).

La aparición de formas primitivas de vida, tal como la conciben actualmente los científicos, requiere condiciones ambientales favorables a que se dé todo el proceso descrito, es decir, la ordenación espontánea de moléculas orgánicas simples en moléculas orgánicas más complejas.

Estructuras de hace 3 700 millones de años

El articulo que hemos publicado en Nature se basa en el estudio de observaciones del rover Curiosity, que lleva desde 2012 explorando las laderas del monte Sharp, dentro del cráter Gale. Curiosity está equipado con instrumentos de análisis del paisaje, de la química y la mineralogía de las rocas.

Durante los días marcianos 3154 a 3156 de junio de 2021, descubrimos en las imágenes de Curiosity estructuras inusuales: grietas en la superficie que procedían de antiguas capas sedimentarias de hace unos 3 700 millones de años.

Estas estructuras geológicas son arrugas rectilíneas que aparecen en relieve a pocos centímetros de altura en la superficie superior de los estratos sedimentarios.

Vistas desde arriba, estas ondulaciones son contiguas y tienen una geometría perfectamente poligonal. En detalle, están formadas por una alineación de pequeños nódulos, más o menos adheridos entre sí, de rocas principalmente sulfatadas. Un nódulo es una pequeña bola que aparece en relieve en y sobre la superficie de los estratos.

Estas estructuras poligonales representan básicamente grietas de desecación, estructuras muy familiares para los geólogos, similares a las que todo el mundo ha observado en un charco de barro seco.

El agua contenida inicialmente en los sedimentos se evapora por efecto del viento y el calor. A continuación, los sedimentos se deshidratan y se contraen, creando un sistema de grietas de desecación que forman polígonos contiguos.

Las grietas de desecación fósiles ya se han documentado anteriormente en la superficie de Marte. Pero las descubiertas aquí son claramente diferentes debido a tres detalles particulares:

• El patrón poligonal tiene forma de Y, formando hexágonos contiguos, con ángulos cercanos a 120 ⁰ en los puntos de unión de las ranuras
• Las grietas de contracción están rellenas de minerales sulfatados (sulfato de calcio y magnesio)
• Estos patrones poligonales pueden observarse de forma recurrente en un espesor total de 18 metros en la columna sedimentaria.

Numerosos ciclos de humectación-secado

Según varios estudios experimentales llevados a cabo en laboratorios terrestres sobre depósitos de lodo, este patrón en forma de Y de uniones de hendiduras es característico de ciclos repetidos de secado-humedecimiento del sedimento.

Cuando el sedimento se seca por primera vez, las grietas de contracción forman un patrón en forma de T, con ángulos de alrededor de 90 ° en los puntos de unión. A medida que avanzan los ciclos experimentales de mojado-secado, las grietas se abren, y muestran ángulos Y típicos de 120 ° al final del décimo ciclo de secado-humedecido.

Los sulfatos son rocas sedimentarias conocidas como evaporíticas, es decir, las que en la Tierra se forman por cristalización de sales disueltas en lagos y mares de la costa. Su presencia en grietas de contracción apoya la interpretación de estas grietas como grietas de desecación. Los nódulos que contienen los sulfatos son muy irregulares en morfología y composición química, lo que también sugiere varias fases de precipitación parcial (desecación) - disolución (humectación) de los nódulos.

El hecho de que estos patrones poligonales se encuentren repetidamente a lo largo de un espesor de 18 metros indica que este antiguo entorno, sujeto a ciclos climáticos estacionales de humectación y desecación, se mantuvo así durante varios cientos de miles de años.

El significado último del descubrimiento

Estos ciclos climáticos estacionales de humectación y desecación permitieron potencialmente que las moléculas simples contenidas en estos sedimentos interaccionaran a diferentes concentraciones en un entorno salino, y que lo hicieran de forma repetida y sostenible.

Este potencial de polimerización de moléculas simples adquiere un significado particular dado que estos sedimentos contienen minerales arcillosos de la familia de las esmectitas y una cantidad significativa de materia orgánica.

Las esmectitas, llamadas “arcillas hinchables”, se ha demostrado experimentalmente que tienen la capacidad de adsorber y concentrar nucleótidos entre sus capas.

El instrumento SAM (Sample at Mars) del rover Curiosity también ha revelado la presencia en estos estratos de compuestos orgánicos simples como clorobencenos, toluenos y diversos alcanos. Estos compuestos son probablemente de origen meteorítico, y su cantidad residual puede alcanzar unos 500 gramos por metro de sedimento. Por tanto, estas moléculas podrían haber servido como algunos de los bloques de construcción de moléculas más complejas como el ARN.

En resumen, deducimos de nuestras observaciones y mediciones en Marte, y de diversos conceptos y experimentos en la Tierra, que la cuenca evaporítica de Gale proporcionó un entorno muy favorable y duradero para el desarrollo de este proceso de polimerización de moléculas orgánicas simples en las moléculas más complejas necesarias para la aparición de la vida.

Por último, sabemos que las estructuras aquí estudiadas se sitúan en una unidad geológica de transición vertical de una formación más antigua rica en arcillas a otra más reciente rica en sulfatos, y que esta misma transición se ha detectado orbitalmente en numerosos cráteres y llanuras de Marte.

Como resultado, la probabilidad de que precursores moleculares bióticos pudieran haberse formado y fosilizado en la superficie de Marte hace unos 3 700 millones de años, durante el Hesperiano, ahora ya no es despreciable.

¿Hacia un retorno de muestras marcianas?

El paradigma actual de la vida terrestre es el de una aparición en el Hadeico, el periodo de tiempo inicial entre la formación de la Tierra hace unos 4 600 millones de años (Ga) por la acreción de meteoritos primitivos y alrededor de 4.0 - 3.8 Ga.

Pero la única y más antigua prueba de un posible proceso biológico hadeano es un grafito (carbono) incrustado en un mineral de circón datado en 4,1 Ga, o un esquisto negro metamorfoseado datado en 3,8 - 3,7 Ga. Además, en la actualidad sólo existe una ínfima proporción de representantes rocosos en la superficie terrestre como consecuencia de la tectónica de placas, y en cualquier caso ninguna roca sedimentaria intacta y sin metamorfosear. Esto hace a priori inútil la búsqueda de vida terrestre primitiva bajo nuestros pies.

A diferencia de la superficie de la Tierra, la superficie de Marte no se renueva ni se transforma por la tectónica de placas. Por tanto, la superficie marciana ha conservado casi intactas rocas muy antiguas, incluidas las formadas en un entorno y un clima propicios para la construcción espontánea de precursores moleculares bióticos. Así, aunque parece muy improbable que la vida evolucionara tan ferozmente en Marte como en la Tierra (a los entornos favorables a la aparición de la vida en el Hespérico siguieron los ambientes fríos y áridos del Amazonas), ahora parece posible y apropiado explorar el origen de la vida allí, y buscar compuestos precursores bióticos mediante muestras tomadas en el futuro por robots o astronautas en yacimientos por los que transita Curiosity, yacimientos marcianos.

Nuestro descubrimiento abre nuevas perspectivas para la investigación del origen de la vida, incluso (especialmente) en planetas distintos del nuestro. También puede llevarnos a reconsiderar los objetivos principales de las misiones de exploración de Marte y, en particular, el retorno de muestras.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original titulado: Descubierto en Marte un paisaje favorable a la aparición de la vida. Gilles Dromart, École Normale Supérieure de Lyon.