TEMA DEL MESE

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DI CESARE GUAITA*

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» Il cratere marziano Gale (154 km di diametro), dove si aggira il rover Curiosity della Nasa, ripreso dallo strumento Themis della sonda

Mars Odyssey della Nasa.

I “falsi colori” dell’immagine esaltano le diversità geologiche del terreno. Al centro si erge il picco del monte Sharp.

INDIZI BIOLOGICI DA MARTE

IL CARBONIO RACCOLTO DA CURIOSITY PRESENTA DISTRIBUZIONI ISOTOPICHE SIMILI A QUELLE DEGLI ORGANISMI TERRESTRI

In natura sono presenti due tipologie di carbonio: il C12 (carbonio-12), formato da un nucleo di sei protoni e sei neutroni, circondato da sei elettroni, e il C13, il cui nucleo ha un neutrone in più. Siccome è il numero di elettroni che determina le proprietà chimiche primarie di un elemento, il C12 e il C13 si trovano nella stessa posizione sulla tavola periodica degli elementi e quindi si definiscono isotopi (“stesso posto”). A questi due isotopi stabili, si aggiunge infine l’isotopo instabile C14, con 8 neutroni, presente solo in tracce. In natura il C13 è presente per l’1,11%, ma negli organismi viventi presenta inspiegabilmente una quantità ancora minore. Un criterio, quindi, per capire se una molecola carboniosa è naturale o biologica è quello di verificarne l’impoverimento in C13 rispetto al rapporto naturale. Per convenzione, il tenore di C13 di una certa sostanza viene calcolato come spostamento δC13 ‰ rispetto al rapporto standard denominato Pdb (Pee Dee Belemnite), che fa riferimento al carbonio del carbonato di calcio assimilato in un fossile marino cretacico, la Belemnitella americana, ritrovato nella Pee Dee Formation in Carolina del Sud. Nei composti organici non biologici, il δC13 presenta valori prossimi a zero. Invece, negli organismi viventi e nelle molecole derivanti dalla decomposizione di antico materiale biologico la δC13 è sempre nettamente negativa. In sedimenti molto antichi, come nella formazione Tumbiana, trovata in Australia nordoccidentale e risalente a 2,7 miliardi di anni fa, raggiunge il valore di -60‰.

LE INDAGINI DI CURIOSITY

NEL CRATERE GALE

Questa premessa è indispensabile per comprendere la portata della recente scoperta effettuata su Marte,

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DI CESARE GUAITA

» Il materiale gassoso rilasciato da parecchi campioni prelevati da Curiosity sul sito di Cumberland mostra un δC13 anche inferiore a -100‰. A sinistra, lo spettro infrarosso di una delle analisi del Tls, dove le bande tipiche del metano a base di C12 sono nettamente distinte da quelle a base di C13.

grazie alle indagini del rover Curiosity della Nasa. Non solo la scoperta di molecole organiche, come già avvenuto anche nel cratere Jezero indagato dal rover Perverance (vedi le Space News del n. 25 di Cosmo). Nel cratere Gale, in terreni risalenti a 4 miliardi di anni fa, sono state trovate molecole carboniose molto impoverite di C13. Questi ritrovamenti sulla Terra verrebbero subito interpretati come testimonianze di molecole biologiche e per questo stanno suscitando grande interesse e forti discussioni. Lo strumento responsabile della scoperta è lo spettrometro infrarosso a laser Tls (Tunable Laser Spectrometer), che fa parte del laboratorio Sam a bordo di Curiosity, al lavoro dall’agosto 2012 in un antico fondale lacustre pieno di sedimenti. Il Tls è costituito da una camera cilindrica lunga 20 cm, entro cui sono inviati dei campioni gassosi che vengono poi scansionati avanti e indietro per 80 volte da un raggio laser, conferendo al sistema l’eccezionale sensibilità di 1 ppb (una parte per miliardo). Il Tls aveva inizialmente misurato il tenore di C13 nell’anidride carbonica dell‘atmosfera marziana, trovando un valore di δC13 nettamente positivo (43‰). Quando poi Curiosity fu testimone di alcune misteriose emissioni di metano (che poteva essere sia geologico che biologico), il Tls tentò invano di misurarne il δC13: il gas era troppo poco per permettere di visualizzarne la porzione con C13. Intanto però, il laboratorio Sam aveva prelevato 24 campioni di suolo, scaldandoli in una fornace a 850 °C e inviando i gas emessi a uno spettrometro di massa per l’analisi. Questa procedura, definita Ega (Evolved Gas Analysis), ha permesso di individuare molte molecole carboniose, specialmente frammenti molecolari kerogenici interessanti, perché si tratta di molecole di decomposizione batterica che si ritrovano sulla Terra in sedimenti molto antichi. Tra i gas svolti c’erano anche idrocarburi leggeri (specialmente metano), derivanti dalla disgregazione di molecole più complesse. Questi gas sono stati inviati al Tls, che riesce a distinguere il metano a base di C12 da quello a base di C13. I risultati sono stati sorprendenti: tutti i campioni mostravano un δC13 negativo. Siccome il metodo termico utilizzato potrebbe indurre una perdita di C13 anche del 50% (l’evaporazione predilige le parti più leggere), i ricercatori hanno deciso di prendere in considerazione solo i campioni con δC13 minore di -70‰. Questi campioni sono almeno sei, distribuiti soprattutto alle falde del monte Sharp. la montagna a strati situata al centro del cratere Gale, dove gli strati più bassi sono quelli più antichi. Precisamente, i campioni sono: CB (Cumberland, sul terreno sedimentario di Yellowstone Bay prossimo al punto di discesa di Curiosity), GB (Gobabeb, sul campo di dune Bagnold), RH (Rock Hall) e HF (HighField) sulla cresta di ematite Vera Rubin Ridge, HU (Hutton) e

*CESARE GUAITA LAUREATO IN CHIMICA E SPECIALIZZATO IN CHIMICA ORGANICA, HA LAVORATO COME RICERCATORE PRESSO I LABORATORI DI UNA GRANDE INDUSTRIA. È PRESIDENTE DEL GRUPPO ASTRONOMICO TRADATESE E DA OLTRE 25 ANNI CONFERENZIERE DEL PLANETARIO DI MILANO.

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» La formazione Greenheugh, alla base del monte Sharp, dove sono stati prelevati i campioni Hutton e Edinburg impoveriti di C13.

EB (Edinburg), nella formazione sedimentaria di Greenheugh, situata allo sbocco della Gediz Vallis, una grande spaccatura alla base del monte Sharp, entro la quale probabilmente esisteva un’importante attività fluviale. L’ipotesi biologica rimane primaria, anche perché i campioni che mostravano un forte difetto di C13 presentavano anche, nella contemporanea emissione di anidride solforosa, una strana penuria di S34, l’isotopo pesante principale dello zolfo naturale (S32). In ogni caso, gli autori della ricerca hanno voluto attenuare l’ipotesi biologica con altre due spiegazioni, per quanto forzate. La prima è legata al fatto che le Gmc (nubi molecolari giganti, composte di miscele di gas e polvere) sono impoverite di C13 (nella meteorite di Allende c’è polvere interstellare con δC13 pari a -240‰) e sappiamo che il Sistema solare passa in una di queste nubi ogni 100 milioni di anni. Su Marte, già al limite della Fascia di abitabilità del nostro sistema planetario, il passaggio in una Gmc avrebbe innescato una diffusa glaciazione. Le polveri impoverite di C13 (e di S34) si sarebbero accumulate e concentrate sulla superficie del ghiaccio. Poi, quando i ghiacci si sono dissolti, queste polveri si sarebbero depositate sul terreno e da qui entrate in circolo. Una scenografia non impossibile, ma poco probabile e difficilmente dimostrabile, a partire dai pochi dati disponibili. Un secondo meccanismo di impoverimento non biologico di C13 implicherebbe la sintesi di materia organica per azione della radiazione ultravioletta sull’anidride carbonica atmosferica, con produzione intermedia di formaldeide: un processo che, però non è mai stato valutato sperimentalmente, e che per di più partirebbe da un’anidride carbonica nettamente sfavorita, tenuto conto che quella marziana ha un δC13 pari a +43‰. Attendiamo dunque nuove misure: se nel prossimo futuro l’interno del cratere Gale sarà raggiunto da una quantità di metano sufficiente per permettere al Tls di valutarne la porzione in C13, è certo che molte delle incertezze attuali svaniranno.