L’esplorazione di Marte e il progetto MARSBOx

Recentemente il pianeta rosso è tornato sotto i riflettori, ma è davvero possibile che su di esso possano essere ritrovate forme di vita? È possibile che forme di vita sviluppatesi in condizioni terrestri sopravvivano sulla sua superficie? La ricerca sul pianeta rosso può davvero darci delle risposte? Le esplorazioni di Marte e il progetto di ricerca MARSBOx hanno provato a far luce su queste domande.

L’esplorazione spaziale

Col passare del tempo, con l’avanzare delle tecnologie scientifiche e con la perseveranza di chi fa dell’esplorazione spaziale un sogno, l’uomo ha portato avanti lo studio della superficie del pianeta. Mariner IV (1964) fu la prima missione robotica di successo su Marte (riuscì a passare solo a 9844 km dalla superficie del pianeta), produsse foto e dati preliminari utilizzati per produrre modelli di pressione atmosferica e temperatura. Nel tempo si sono susseguite in una lunga serie un gran numero di missioni esplorative, non tutte portate a conclusione. Le missioni che iniziarono a creare uno spiraglio di speranza nei ricercatori furono però quelle delle sonde Viking, inviate a metà degli anni ’70. Nel 2001 la sonda Mars Odyssey riuscì a raggiungere l’orbita del pianeta rosso con a bordo degli esperimenti scientifici, prima nel suo genere.
Tornando ai giorni d’oggi, è recente la notizia del successo di Perseverance, un rover dedicato all’esplorazione di Marte, atterrato con successo sulla sua superficie. (Fig. 1)

Esplorazione di Marte, ricerca sul pianeta rosso
Figura 1 – Immagine catturata attraverso la Mastcam-Z del rover, mostra una roccia scolpita dal vento. [Fonte: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS]

Perseverance e la sua missione d’esplorazione di Marte

Il rover è atterrato nel cratere Jezero, attraverso complessi strumenti ingegneristici che hanno permesso l’ottimizzazione dell’atterraggio senza alcun danno collaterale. Esso è dotato di complesse attrezzatture che permetteranno di compiere diversi esperimenti sul pianeta, oltre che la fondamentale raccolta di dati e campioni che potranno ritornare sulla Terra. La missione del rover è anche quella di testare strumenti vitali che potrebbe risultare fondamentali in future missioni di esplorazione di Marte da parte dell’uomo sulla sua superficie.

Video – Atterraggio del rover sulla superficie per la missione di esplorazione di Marte. [Fonte: Nasa Youtube Channel]

Tra questi abbiamo la strumentazione coinvolta nell’esperimento MOXIE, che verificherà la possibilità di ricavare ossigeno dall’atmosfera a base di CO2. In particolar modo l’ossigeno prodotto da questo esperimento in forma liquida potrebbe essere in un futuro non molto lontano il propellente utilizzato dall’uomo per effettuare lanci spaziali dal pianeta stesso oltre che ovviamente garantire la respirazione in un eventuale ambiente controllato di un avamposto umano. Progetto che fa parte di una serie di esperimenti che faciliteranno anche i processi di ricerca sul pianeta rosso.

La scelta del punto di atterraggio: il cratere Jezero

Il cratere Jezero (Fig.2) è considerato il sito più promettente in cui poter trovare resti di antiche forme di vita biologiche. Anticamente questo enorme spazio ospitava un lago largo 49 km collegato ad un fiume. Secondo alcuni studi, in un antico passato il fiume avrebbe trasportato minerali di natura argillosa, il che ha portato ad ipotizzare che nei periodi in cui l’acqua era presente sul pianeta, in questo sito potrebbe essersi sviluppata vita microbica. Nel caso quest’ipotesi dovesse rivelarsi veritiera, segni della loro esistenza potrebbero essere ritrovati nei sedimenti del letto del fiume o del cratere del lago stesso. Parliamo ovviamente di residui di antichissime attività microbiche che aprirebbero la strada però ad una serie di ricerche di esplorazione di Marte.

Immagine del cratere jezero ottenuta da esplorazione di Marte e ricerca sul pianeta rosso
Figura 2 – Immagine del cratere di Jezero ottenuta attraverso un analisi spettrometrica e una fotocamera avanzata utile alla ricerca sul pianeta rosso. [Fonte: NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL]

Ricerca sul pianeta rosso

Recentemente l’approccio alla ricerca di forme vitali viventi o che abbiano colonizzato in precedenza il pianeta, ha subìto delle modifiche. I ricercatori concentrano attualmente i loro studi su organismi modello che possano sopravvivere in ambienti ostili come quello marziano. Quale miglior modello se non gli Haloarchea? Organismi adattatisi sulla terra ad ambienti estremi, con tecniche di sopravvivenza che potrebbero risultare sorprendenti per organismi all’apparenza così semplici. Essi rientrano nella più ampia categoria di estremofili.

Spazio ed esplorazione su marte.
Figura 3 – Lo spazio immenso. [Fonte: Andrea Fistetto]

Questo cambio radicale nell’approccio allo studio di questi ambienti spaziali, ha portato e si spera porterà nel tempo a svolte fondamentali. Bisogna tener presente che la vita si è sviluppata sul nostro pianeta adattandosi ed evolvendosi parallelamente allo sviluppo geologico del pianeta. Nessuno ci assicura che la nostra “idea” di vita possa essere la stessa su altri pianeti, dove ad esempio condizioni diverse abbiano portato nel tempo all’evolversi di forme altrettanto complesse, seppur all’apparenza semplici, di organismi in grado di sfruttare condizioni biochimiche e fisiche completamente diverse.

Ricerca sul pianeta rosso: come si presenta l’ambiente marziano?

Generalmente il suolo di Marte è sterile, non adatto alla vita biologica o almeno al modello degli organismi terrestri. La superficie si presenta caratterizzata da condizioni molto secche, anche se recentemente è stata dimostrata la presenza di enormi riserve di ghiaccio nel sottosuolo. Condizioni molto comuni sono temperature estreme e basse pressioni. Marte manca sostanzialmente di un’atmosfera a differenza della Terra e presenta una debolissima magnetosfera, essendo così esposto a radiazioni UV non ionizzanti (100-400 nm) così come le radiazioni solari ionizzanti ad alta energia (raggi-X, raggi Gamma, etc.) e raggi cosmici galattici (GCR) che raggiungono la superficie del pianeta. Con un ambiente radioattivo così estremo, da un punto di vista terrestre, la superficie del pianeta rosso sembra essere quindi altamente biocida.

Il progetto MARSBOx

Per verificare dove la vita possa effettivamente sopravvivere, sono stati portati avanti esperimenti nel campo della biologia spaziale e dell’astrobiologia che hanno in particolar modo esaminato le risposte di organismi terrestri modello in condizioni spaziali simulate e reali. La comprensione di meccanismi di adattamento microbici a fattori di stress ambientali estremi isolato o combinati può aiutare a stabilire il limite delle forme vitali presenti sul nostro pianeta, se esse dovessero appunto ritrovarsi in ambienti come quello di Marte.

Percorso compiuto dal pallone nella stratosfera con obiettivo di ricerca sul pianeta rosso
Figura 4 – Immagine che mostra il percorso compiuto dal pallone e l’inizio dell’esposizione ai raggi UV e non cosmici del carico biologico. [Fonte: frontiersin.org]

Fino ad oggi sono stati utilizzati ambienti terrestri analoghi a quelli extraterrestri, per testare la strumentazione e gli esiti di una possibile sopravvivenza microbica sul pianeta rosso.
Il progetto MARSBOx (Microbes in Atmosphere for Radiation, Survival, and Biological Outcomes Experiment) è il risultato del lavoro di un team di ricercatori dell’università di Colonia in Germania in collaborazione con agenzie spaziali come la NASA.
Un pallone scientifico è stato direzionato verso la stratosfera ( 38 km altitudine) per esporre dei microrganismi a condizioni estreme simili a quelle extraterrestri e misurare le loro reazioni metaboliche e di sopravvivenza. (Fig.4)

I microrganismi coinvolti e la stratosfera

I microrganismi utilizzati per questo esperimento sono stati:

  • Salinisphaera shabanensis;
  • Buttiauxella sp.;
  • Staphylococcus capitis subsp. capitis;
  • Aspergillus niger (fungo).

Lo S. capitis scelto per la sua associazione con l’uomo, infatti è stato recentemente ritrovato sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Il fungo A. niger invece è stato selezionato per la sua capacità di resistere in forma sporica al di fuori di un veicolo spaziale, dimostrando quindi un elevato potenziale di sopravvivenza a condizioni estreme.

Suddivisione dell'atmosfera terrestre
Figura 5 – Suddivisione dell’atmosfera terrestre. [Fonte: wikipedia.org]

La stratosfera (Fig.5) sembra essere invece l’ambiente che presenta la maggior percentuale di condizioni analoghe a quello marziano. Qui viene a crearsi infatti una combinazione unica di fattori ambientali incompatibili con la vita per come la conosciamo.
Nel mezzo della stratosfera durante le ore diurne, sono presenti i seguenti fattori simultaneamente:

  • Intense radiazioni ultraviolette ad ampio spettro;
  • Radiazioni ionizzanti ad alta energia;
  • Essiccamento;
  • Ipossia;
  • Temperature e pressioni bassissime.

Prese insieme, queste condizioni combinate non possono essere ritrovate in alcun luogo sulla faccia della Terra e sono difficilmente riproducibili in esperimenti condotti in laboratorio. Inoltre, raggiungere la stratosfera è relativamente fattibile comparando la distanza con analisi condotte in voli spaziali sub-orbitali e orbitali.

Risultati

I microrganismi in esame sono stati caricati nel complesso sistema MARSBOx (Fig. 6) collegato al pallone e mantenuti in condizioni stabili e controllate dai sistemi elettronici in remoto del sistema stesso.
All’interno del sistema era presenta una miscela di gas simil-marziani. Attraverso questo esperimento è stato dimostrato come microrganismi diversi possono essere testati in quel tipo di ambiente per un periodo lungo (5 mesi) attraverso l’inclusione di una particolare tecnologia definita Trex-Box senza alcuna contaminazione fra le diverse colture.

modello del sistema della MARSBOx utilizzato per analizzare ambienti analoghi adatti alla  ricerca sul pianeta
Figura 6 – Modello del sistema ingegneristico del complesso MARSBOx collegato al pallone scientifico utilizzato per l’esperimento. [Fonte: frontiersin.org]


I risultati hanno dimostrato principalmente che il batterio estremofili S. shabanensis e S. capitis sono sopravvissuti alle radiazioni attraverso una protezione simil-marziana durante il volo del pallone. In particolar modo ciò suggerisce che eventuali bio-carichi possano resistere per lunghi periodi in veicoli spaziali diretti verso il pianeta rosso. Inoltre, sembrerebbe che spore altamente pigmentate del fungo A. niger siano capaci di sopravvivere in un ambiente analogo a quello marziano e in condizioni di esposizione a raggi UV, anche sotto forma di spore monostrato senza alcuna auto copertura. (Fig.7)

A. niger in colture mono e pluri stratificate
Figura 7 – Spore di A. niger in colture monostratificate e pluristratificate. Le colture monostratificate sembrano presentare un’elevate resistenza alle condizioni estreme nonostante la mancanza di auto copertura. [Fonte: frontiersin.org]

Attualmente le spore sembrano essere le forme di vita più compatibili con l’ostico ambiente extraterrestre di Marte. Nuove ricerche si profilano alla luce di queste nuove scoperte, grazie anche al rinnovato utilizzo di questa speciale tecnologia.

Fonti

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