I laghi subglaciali come punto di partenza nella ricerca di vita extraterrestre

La ricerca della vita oltre la Terra è forse la più importante sfida scientifica del nuovo millennio. Che siano omini verdi o piccolissimi microbi, la scoperta degli alieni rappresenterà la più grande rivoluzione della storia umana. L’esobiologia, che è alla base della ricerca di vita extraterrestre, non tenta solo di immaginare su basi scientifiche la biologia e la chimica di ipotetici organismi alieni, ma cerca anche di capire quali possano essere gli eventuali mondi in grado di sostenere la vita. La ricerca di un ideale habitat alieno prende come riferimento quegli ambienti della Terra rimasti talmente incontaminati dalla presenza dell’uomo da sembrare poco meno che extraterrestri. Tra questi luoghi quasi estranei al Pianeta, tra i meno conosciuti ci sono i laghi subglaciali.

*Figura 1 – I laghi subglaciali conosciuti in Antartide, considerati dagli esobiologi dei modelli di riferimento ideali da cui partire per la ricerca di vita extraterrestre* [Fonte:https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?org=NSF&cntn_id=109587]

Per lungo tempo questi regni sommersi, localizzati soprattutto in Antartide (Fig. 1), sono stati considerati sterili e inadatti a qualsiasi forma di vita. Negli ultimi anni però, numerose esplorazioni scientifiche hanno dimostrato come questi siano habitat fiorenti. I laghi subglaciali ospitano infatti complessi ecosistemi, in cui proliferano svariati microrganismi (procarioti ed eucarioti, autotrofi ed eterotrofi, e anche forme di vita più complesse). Il ritrovamento di biosistemi così prosperi in ambienti del genere ha aperto nuove frontiere nel campo dell’esobiologia. Grandi masse d’acqua ricoperte dai ghiacci si trovano infatti anche in altri posti dell’universo, persino nel Sistema Solare. Quindi lo studio dei laghi subglaciali terrestri è imprescindibile per la progettazione di future missioni esplorative di questi corpi celesti, che sono i migliori candidati ad ospitare la vita extraterrestre.

Laghi subglaciali al polo sud

Sulla Terra, l’Antartide ospita circa 380 laghi celati dalla sua calotta glaciale. Tra le varie spedizioni scientifiche che hanno tentato di prelevare campioni da questi luoghi nascosti, particolarmente importante è stata quella svolta nel 2014 sulle acque presenti sotto il Ghiacciaio Taylor (Fig. 2), che si sono dimostrate ricche di microrganismi. Questi esseri, rimasti isolati dall’atmosfera per circa 2 milioni di anni, si sono evoluti per sopravvivere in un ambiente buio e ipersalino, utilizzando solfato e ioni ferrici per decomporre la materia organica del fondale. Periodicamente, l’acqua di questo lago fuoriesce dalle fenditure del ghiacciaio generando le così dette “cascate di sangue”, il cui colore rossastro è dovuto all’ossidazione del ferro, presente in grandi concentrazioni nelle acque, che avviene quando questo entra in contatto con l’ossigeno dell’atmosfera.

Il Ghiacciaio Taylor con la caratteristica "cascata di sangue", dovuta alla fuoriuscita di acqua ricca di ferro dal bacino idrico sotto la calotta di ghiaccio — *Figura 2 – Il Ghiacciaio Taylor con la caratteristica “cascata di sangue”, dovuta alla fuoriuscita di acqua ricca di ferro dal bacino idrico sotto la calotta di ghiaccio* [Fonte:https://mybestplace.com/en/article/antarctic-blood-falls-the-mysterious-fhenomenon-of-the-taylor-glacier]

Nel 2013 un team di scienziati statunitensi ha annunciato di aver raggiunto il bacino del lago Whillans, sepolto sotto circa 800 m di ghiaccio. Nei campioni di acqua e di sedimenti prelevati da questo lago scoperto nel 2007 e localizzato nella zona occidentale del continente antartico sono stati scoperti organismi estremofili vitali altamente differenziati. L’analisi di DNA e RNA ha permesso di identificare quasi 4000 specie microbiche, il cui ritrovamento ha dimostrato che il Whillans, ricoperto dai ghiacci circa 1 milione di anni fa, supporta un’intricata rete trofica che non dipende dalla fotosintesi e che sembra essere basata su metano e ammoniaca, derivanti dai sedimenti depositati sul fondo del lago (Fig. 3).

*Figura 3 – Sedimenti sul fondo del lago Whillans* [Fonte:https://astrobiology.nasa.gov/news/antarcticas-subglacial-lakes-support-prospects-for-life-on-icy-moons/]

Il lago Vostok

Tra i laghi celati sotto i ghiacci antartici, il più studiato è sicuramente il lago Vostok (Fig. 4); situato nell’Antartide orientale, è il più grande lago subglaciale conosciuto, coprendo una superficie di circa 14 000 km² e arrivando a 1000 m di profondità. Il suo enorme volume d’acqua dolce è coperto da oltre 3700 m di ghiaccio. Il lago è stato scoperto dal geografo russo Andrej Kapica tramite sondaggi sismici svolti durante una serie di spedizioni scientifiche all’inizio degli anni sessanta. Si ritiene che questo ambiente lacustre sia isolato sotto la calotta antartica da almeno 15 milioni di anni (ma probabilmente è molto più antico). I ghiacci hanno dunque preservato questo mondo perduto, permettendo agli scienziati di studiare le caratteristiche ancestrali di un ambiente rimasto intatto per millenni.

Studi sul lago

Fino ad ora il Vostok è stato studiato solo attraverso carotaggi del ghiacciaio che sovrasta il lago. Nessuna spedizione ha ancora raggiunto le sue acque pure, sia per difficoltà tecniche che per la riluttanza degli scienziati a intaccare un luogo rimasto indisturbato per un tempo così lungo. Gli scienziati russi della base scientifica di Vostok hanno esaminato il ghiaccio di accrescimento di questo antico lago, scoprendo batteri in crescita attiva e migliaia di sequenze di DNA di altri microrganismi, alcuni sconosciuti. Le analisi genetiche indicano l’esistenza di almeno 513 specie distinte, di cui 407 sono batteri e 103 eucarioti. La maggior parte delle specie scoperte sono eterotrofe, ma sono presenti anche chemioautotrofi. Questi sono fondamentali per gli ecosistemi di ambienti permanentemente bui, dove la fotosintesi è impossibile. Inoltre, i campioni presentavano anche organismi in grado di svolgere tutte le fasi del ciclo dell’azoto e del carbonio.

Sul fondo del lago, nella sua regione orientale, è stata scoperta quella che sembra essere una fonte idrotermale. Questa struttura sarebbe in grado di fornire energia a tutto l’ambiente riscaldando l’acqua, che rimane isolata dalle gelide temperature esterne grazie alla calotta glaciale che la racchiude. L’ossigeno e l’azoto disciolti nelle acque del Vostok sarebbero mantenuti ad alte concentrazioni proprio dalla pressione generata dal ghiacciaio sovrastante. Alcuni studiosi suggeriscono che le calotte di ghiaccio siano state contaminate dal fluido di perforazione della trivella; quindi parte degli organismi identificati potrebbero non essere originari del lago. Si ipotizza comunque che le acque del Vostok ospitino un ambiente oligotrofico in grado di sostenere un ecosistema complesso, popolato da una comunità di antichi organismi presente sin dall’epoca in cui il lago era esposto all’atmosfera.

Oceani alieni nascosti nel Sistema Solare e vita extraterrestre

La vita come la conosciamo ha bisogno di tre requisiti fondamentali, ossia acqua allo stato liquido, elementi chimici appropriati e un’adeguata fonte di energia. Tutti questi attributi si trovano sulla Terra, ma non sono caratteristiche esclusive del nostro pianeta. Non serve neanche che ci sforziamo di immaginare mondi irraggiungibili o galassie a distanze siderali dalla nostra per trovare gli elementi della vita. Questi sono infatti più comuni di quanto si pensi nell’universo e sono presenti anche in altri luoghi del nostro Sistema Solare, relativamente vicini a noi. Questo è il caso di due corpi celesti, che non sono neanche pianeti, ossia Europa, luna di Giove, ed Encelado, luna di Saturno. Questi mondi alieni nascondono al loro interno degli ambienti probabilmente molto simili a quelli dei laghi subglaciali terrestri ed è a loro che l’esobiologia guarda come possibili dimore di vita extraterrestre.

Europa

Europa (Fig. 5) è una delle numerose lune di Giove e fa parte dei così detti satelliti medicei, scoperti da Galileo Galilei nel 1610. La sua superficie è composta per lo più da ghiaccio d’acqua e silicati. Le osservazioni al telescopio suggerivano da tempo la possibilità che i ghiacciai in superficie potessero contenere acqua allo stato liquido e i sorvoli ravvicinati del satellite effettuati dalle sonde Voyager e Galileo hanno avvalorato questa tesi. L’ipotesi è stata definitivamente confermata nel 2018, quando delle immagini riprese dal telescopio spaziale Hubble hanno evidenziato la presenza di enormi geyser che fuoriescono dalla superficie di Europa. Questi getti possono arrivare anche a 200 km di altezza e sono generati dai mari subglaciali della luna gioviana. Gli scienziati ritengono che il guscio di ghiaccio abbia uno spessore compreso tra 15 e 30 km e che la massa d’acqua sottostante raggiunga i 150 km di profondità.

Gli elementi della vita

L’energia necessaria alla comparsa della vita deriverebbe dal decadimento radioattivo che avviene nella crosta. Un’altra ipotesi sostiene che le maree gravitazionali dovute alla presenza di Giove distorcano la luna, mantenendola geologicamente attiva e consentendo la presenza di acqua liquida. Questa energia sarebbe rilasciata attraverso sorgenti idrotermali, attorno alle quali potrebbero essersi sviluppate delle forme di vita capaci di sopravvivere in ambienti poveri di nutrienti, come si ritiene avvenga nel lago Vostok, che è probabilmente l’ambiente terrestre più simile all’oceano sotto i ghiacci di Europa. Gli estremofili del Vostok e del Whillans dimostrano come la presenza di luce solare non sia indispensabile per la vita. La chemiosintesi è un’alternativa alla fotosintesi e potrebbe fungere da base energetica per dei microbi anaerobi. Le analisi spettroscopiche delle striature rosse che caratterizzano la superficie di Europa suggeriscono inoltre la presenza di sali, come il solfato di magnesio, derivanti dall’evaporazione dell’acqua sotto la calotta glaciale.

Encelado

Encelado (Fig. 6) è un satellite naturale di Saturno scoperto nel 1789 da Frederick William Herschel. La sua superficie è ricoperta da ghiacciai che riflettono la luce solare e rendono Encelado uno dei corpi celesti più freddi del Sistema Solare. Nel 2005, la sonda Cassini ha effettuato vari sorvoli della luna, scoprendo pennacchi di materiale eiettato a grande velocità dal polo sud (Fig. 7). Una parte del materiale espulso da questi fenomeni di criovulcanismo finisce in uno degli anelli di Saturno. La composizione dei pennacchi suggerisce che questi derivino da grandi quantità di acqua salata localizzata in cavità sotto la superficie ghiacciata. In particolare, nel polo sud del satellite si troverebbe un oceano profondo circa 8 km e sepolto sotto 40 km di ghiaccio. La sorgente di calore necessaria alla presenza di acqua liquida nella crosta sarebbe anche in questo caso una combinazione tra decadimento radioattivo e maree gravitazionali.

Composizione dei geyser

Cassini ha attraversato uno dei getti di materia di questo satellite naturale, analizzandone la composizione e identificando particelle di vapore acqueo, metano, cloruro di sodio, ghiaccio, anidride carbonica, azoto e idrogeno molecolare. Ma ciò che rende Encelado uno dei principali candidati ad ospitare la vita extraterrestre è la scoperta, sempre effettuata da Cassini, di tracce di molecole organiche all’interno dei suoi geyser. In seguito a uno studio svolto sui dati raccolti dalla sonda si è infatti ipotizzata la presenza di ammine nelle acque della luna di Saturno, formatesi tramite l’azoto e l’ossigeno e precursori di molecole fondamentali per la vita, gli amminoacidi. Encelado è un altro mondo ghiacciato dotato di ambienti simili a quelli presenti in Antartide, con grandi quantità d’acqua intrappolate sotto il ghiaccio e soggette, probabilmente, ad attività idrotermali o altri fenomeni energetici che possono sostenere la vita, almeno quella microbica.

*Figura 7 – Pennacchi sul polo sud di Encelado* [Fonte:https://earthsky.org/space/europa-water-vapor-geysers-goddard/]

Future missioni di ricerca di vita extraterrestre

L’esplorazione di queste lune è appena agli albori e passerà molto tempo prima che un lander o un rover riescano ad atterrarvi. Tra i problemi per le future missioni ci sono le grandi distanze, l’identificazione di siti di atterraggio adatti e le radiazioni che bombardano i due corpi celesti; in aggiunta, bisognerà trovare il modo di trivellare la spessa coltre di ghiaccio che racchiude i loro profondi mari alieni. Tali problematiche sono al vaglio degli esperti da anni e dovranno trovare presto una soluzione, anche perché sembra che dei laghi subglaciali siano presenti anche sotto le calotte polari di Marte, e chi sa quanti altri mondi potrebbero svelare ambienti del genere, con le caratteristiche ideali per ospitare vita extraterrestre.

Il cryobot

Una delle migliori proposte per una prossima missione di esplorazione dei ghiacci di Encelado ed Europa si basa sulla creazione di un robot alimentato ad energia nucleare (definito cryobot) in grado di sciogliere il ghiaccio per arrivare all’oceano sottostante; qui rilascerà un rover sottomarino autonomo dotato di tutti gli strumenti necessari per la ricerca di eventuali organismi (Fig. 8). In ogni caso, una volta risolto il problema di come superare queste enormi barriere di ghiaccio, occorrerà capire come ricercare possibili tracce di vita all’interno di un così vasto oceano inesplorato. Oltre a ciò, sarà fondamentale prevenire la contaminazione da parte dei microrganismi terrestri, capaci di sopravvivere a un viaggio nel vuoto spaziale come dimostrato da una serie di esperimenti svolti sulla Stazione Spaziale Internazionale.

Rappresentazione artistica di un robot sottomarino, proposto per l'esplorazione dei mari di Europa ed Encelado alla ricerca di vita extraterrestre — *Figura 8 – Rappresentazione artistica di un robot sottomarino, proposto per l’esplorazione dei mari di Europa ed Encelado alla ricerca di vita extraterrestre* [Fonte:https://www.focus.it/scienza/spazio/il-batterio-che-potrebbe-vivere-su-europa-cibandosi-di-radiazioni]

La domanda più importante però è un’altra: anche se un ipotetico robot tecnologicamente avanzato incontrasse un alieno su Europa o Encelado, che sia esso un batterio o un organismo più complesso, riuscirebbe a identificarlo come tale? La vita in luoghi del genere, così come nei nostri laghi subglaciali separati dal mondo esterno per milioni di anni, potrebbe essere qualcosa di totalmente nuovo e perciò non identificabile dalle nostre tecnologie basate su una “firma biologica“ a noi nota. Quello che è certo è che per sperimentare i progetti di esplorazione di questi lontani mondi sommersi abbiamo a disposizione dei modelli ideali, ossia i laghi subglaciali antartici, ricchi di esseri sia conosciuti che sconosciuti con cui l’uomo non è mai entrato in contatto, rimasti isolati per milioni di anni e ora divenuti i potenziali precursori di una rivoluzione epocale.