En un cráter de meteorito en el planeta rojo, un robot solitario se está moviendo. En este momento, probablemente esté recolectando muestras de suelo con un taladro y un brazo robótico, como suele hacer. El rover Curiosity de la NASA ha estado activo en Marte como el brazo extendido de la ciencia durante casi 12 años y continúa realizando descubrimientos que sorprenden y desafían la comprensión de los científicos tanto de Marte como de nuestro propio mundo aquí en la Tierra.

Más recientemente, el descubrimiento de material orgánico sedimentario con propiedades particulares ha dejado a muchos investigadores rascándose la cabeza. Las propiedades de estos materiales basados en carbono, en particular la proporción de sus isótopos de carbono, sorprendieron a los investigadores.

Los materiales orgánicos con tales propiedades, si se encuentran en la Tierra, serían típicamente un signo de microorganismos, pero también pueden ser el resultado de procesos químicos no biológicos. El hallazgo obviamente hizo que los investigadores se apresuraran a buscar una respuesta clara, pero nada parecía encajar.

Sin embargo, para la colaboración de investigación detrás de un nuevo estudio publicado en Nature Geoscience, ha habido poco rascarse la cabeza y mucho entusiasmo. De hecho, el descubrimiento en Marte proporcionó la pieza faltante que hizo que todo encajara para este grupo de investigadores de la Universidad de Copenhague y el Instituto de Tecnología de Tokio.

Como lo dice el coautor y profesor de química Matthew Johnson, es la clave para confirmar una teoría de hace una década sobre la llamada fotólisis en la atmósfera de Marte.

Monte Sharp en el centro del cráter Gale, donde Curiosity Rover encontró material orgánico
Monte Sharp en el centro del cráter Gale, donde Curiosity Rover encontró material orgánico. Crédito: NASA / JPL / Caltech / MSSS

Con la muestra de Curiosity, la nueva investigación puede probar con razonable certeza que el Sol descompuso el CO2 en la atmósfera marciana hace miles de millones de años, como predijo la antigua teoría. Y que el monóxido de carbono resultante reaccionó gradualmente con otros químicos en la atmósfera sintetizando moléculas complejas, proporcionando así a Marte materiales orgánicos.

Tales moléculas complejas basadas en carbono son el requisito previo para la vida, los componentes básicos de la vida, se podría decir. Así que esto es un poco como el antiguo debate sobre qué fue primero, el huevo o la gallina. Mostramos que el material orgánico encontrado en Marte se ha formado a través de reacciones fotoquímicas atmosféricas, sin vida. Este es el ‘huevo’, un requisito previo para la vida. Aún queda por demostrar si este material orgánico resultó en vida en el Planeta Rojo.”dijo Johnson y continuó:

Además, dado que la Tierra, Marte y Venus tenían atmósferas ricas en CO2 muy similares hace mucho tiempo, cuando tuvo lugar esta fotólisis, también puede ser importante para nuestra comprensión de cómo comenzó la vida en la Tierra, dijo el profesor Matthew Johnson del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague.

Dos piezas separadas por 50 millones de kilómetros, un rompecabezas resuelto

Hace 12 años, Johnson y dos colegas utilizaron simulaciones basadas en la mecánica cuántica para determinar qué sucede cuando una atmósfera rica en CO2 se expone a la luz ultravioleta del Sol, en un proceso conocido como fotólisis.

Básicamente, en Marte, alrededor del 20% del CO2 se divide en oxígeno y monóxido de carbono. Pero el carbono tiene dos isótopos estables: carbono-12 y carbono-13. Por lo general, están presentes en una proporción de un carbono-13 por cada 99 carbono-12. Sin embargo, la fotólisis funciona más rápido para el carbono-12 más ligero, por lo que el monóxido de carbono producido por la fotólisis tiene menos carbono-13 (está agotado), y el CO2 restante tiene más (está enriquecido).

Debido a esto, Johnson y sus colegas pudieron hacer predicciones muy precisas de la proporción de isótopos de carbono después de la fotólisis. Y esto les dio dos huellas dactilares distintivas para buscar. Una de estas fue identificada en una muestra marciana diferente, hace años.

De hecho, tenemos un pedazo de Marte aquí en la Tierra, que fue arrancado de ese planeta por un meteorito, y luego se convirtió en uno mismo cuando aterrizó aquí en la Tierra. Este meteorito, llamado Allan Hills 84001 por el lugar en la Antártida donde fue encontrado, contiene minerales de carbonato que se forman a partir de CO2 en la atmósfera. La clave aquí es que la proporción de isótopos de carbono en él coincide exactamente con nuestras predicciones en las simulaciones químicas cuánticas, pero había una pieza faltante en el rompecabezas. Nos faltaba el otro producto de este proceso químico para confirmar la teoría, y eso es lo que hemos obtenido ahora, dice Matthew Johnson.

El carbono en el meteorito Allan Hills está enriquecido en carbono-13, lo que lo convierte en la imagen espejo del agotamiento en carbono-13 que ahora se ha medido en el material orgánico encontrado por Curiosity en Marte.

El nuevo estudio ha vinculado así datos de dos muestras, que los investigadores creen tienen el mismo origen en la infancia de Marte pero que se encontraron a más de 50 millones de kilómetros de distancia.

No hay otra forma de explicar tanto el agotamiento de carbono-13 en el material orgánico como el enriquecimiento en el meteorito marciano, ambos en relación con la composición del CO2 volcánico emitido en Marte, que tiene una composición constante, similar a la de los volcanes de la Tierra, y sirve como línea de base, dijo Johnson.

Esperanza de encontrar la misma evidencia en la Tierra

Debido a que el material orgánico contiene esta «huella» isotópica de donde proviene, los investigadores pueden rastrear la fuente del carbono en el material orgánico hasta el monóxido de carbono formado por fotólisis en la atmósfera. Pero esto también revela mucho sobre lo que le sucedió en el medio.

Esto muestra que el monóxido de carbono es el punto de partida para la síntesis de moléculas orgánicas en este tipo de atmósferas. Así que tenemos una conclusión importante sobre el origen de los componentes básicos de la vida. Aunque hasta ahora solo en Marte, dijo Matthew Johnson.

Los investigadores esperan encontrar la misma evidencia isotópica en la Tierra, pero esto aún no ha sucedido, y podría ser un desafío mucho mayor porque nuestro desarrollo geológico ha cambiado la superficie significativamente en comparación con Marte, explica Johnson.

Es razonable suponer que la fotólisis del CO2 también fue un requisito previo para la aparición de la vida aquí en la Tierra, en toda su complejidad. Pero aún no hemos encontrado este material clave aquí en la Tierra para probar que el proceso tuvo lugar. Tal vez porque la superficie de la Tierra está mucho más viva, geológica y literalmente, y por lo tanto cambia constantemente. Pero es un gran paso que ahora lo hayamos encontrado en Marte, de una época en que los dos planetas eran muy similares, dice Matthew Johnson.

FUENTES

University of Copenhagen

Ueno, Y., Schmidt, J.A., Johnson, M.S. et al. Synthesis of 13C-depleted organic matter from CO in a reducing early Martian atmosphere. Nat. Geosci. 17, 503–507 (2024). doi.org/10.1038/s41561-024-01443-z

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