Rappresentazione schematica degli strumenti a bordo del rover Mars 2020. Crediti: NASA
Nel 2020 la NASA ha previsto il lancio di un nuovo rover marziano, che si chiamerà Mars 2020. Il rover avrà il compito di sondare la superficie del Pianeta rosso alla ricerca di segnali di vita microbica. Per fare questo raccoglierà campioni di rocce e terreno e li immagazzinerà sulla superficie di Marte. I campioni potranno poi essere portati a Terra, nel corso di un’eventuale missione successiva, in modo che gli scienziati possano analizzarli e cercare segnali di vita presente e passata.
In uno studio pubblicato di recente sulla rivista Carbon, un team di scienziati del Massachusetts Institute for Technology (MIT) ha sviluppato una tecnica che aiuterà il rover a identificare i campioni rimasti il più possibile inalterati in maniera rapida e non invasiva. Questi campioni, selezionati tra quelli che hanno mantenuto maggiormente la loro composizione originale, permetteranno ai ricercatori di indagare la presenza di segni di vita passata, se ce n’è stata, sul suolo marziano.
La tecnica si sviluppa attorno a un nuovo modo di interpretare i risultati della spettroscopia Raman, un processo utilizzato dai geologi per identificare la composizione chimica delle rocce. Tra gli strumenti scientifici di cui disporrà Mars 2020 c’è anche SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals), che si occuperà dell’acquisizione di spettri Raman di campioni lungo la superficie di Marte o nei primi strati di terreno. SHERLOC sarà fondamentale per determinare se la vita sia mai esistita sul Pianeta rosso.
Il canyon marziano nella foto fa parte del sistema di canyon Valles Marineris e si estende fino a 600 km, arrivando fino a 8 km di profondità. L’immagine è stata ottenuta a partire da 100 fotografie raccolte dagli orbiter Viking nel 1970. Crediti: NASA
La spettroscopia Raman è una tecnica che misura le vibrazioni degli atomi all’interno delle molecole di un certo materiale su cui è stato focalizzato un raggio laser. Dal momento che atomi e molecole vibrano a frequenze diverse a seconda del tipo di legame che li tiene insieme, la spettroscopia Raman fornisce informazioni chiave per identificare la composizione chimica di un campione.
Eppure, spiega Roger Summons, professore presso il MIT e co-autore dell’articolo, il quadro globale che si sono fatti fino ad ora gli scienziati circa la possibile presenza di vita nei campioni analizzati è poco chiaro. Ad esempio, uno spettro Raman acquisito da un pezzo di carbone estratto sulla Terra è molto simile a quello di una particella organica trovata su un meteorite proveniente dallo spazio. «Non abbiamo modo di distinguere con certezza tra materia organica di origine biologica e quella prodotta da un altro processo chimico», dice Summons.
Tuttavia, Nicola Ferralis – primo autore dello studio, laureato a Padova e oggi ricercatore presso il MIT – ha scoperto alcune sottostrutture negli spettri Raman che possono aiutare a formulare un quadro più completo circa la composizione chimica del campione. In particolare, il team di ricercatori guidato da Ferralis è riuscito a stimare il rapporto tra idrogeno e carbonio a partire da alcune sottostrutture negli spettri Raman del materiale esaminato. Questo risultato è molto importante, perché più una roccia è stata riscaldata, più la materia organica ha subito alterazioni, in particolare attraverso la perdita di idrogeno sotto forma di metano.
Questa nuova tecnica consente agli scienziati di interpretare con maggiore precisione gli spettri Raman già raccolti e valutare rapidamente il rapporto tra idrogeno e carbonio, individuando così in modo semplice e veloce i campioni più incontaminati, da sottoporre poi ad ulteriori studi. Summons aggiunge che questo può anche aiutare il team che sta lavorando allo strumento SHERLOC a migliorare la sua capacità di identificazione dei campioni ideali.
«Questo studio può fornire uno strumento estremamente efficace per decidere quali campioni raccolti dal rover sia meglio conservare», spiega Summons. «Mars 2020 andrà alla ricerca di sostanze organiche conservate nei sedimenti, e la nuova tecnica permetterà una selezione più consapevole dei campioni per un potenziale trasporto fino a Terra».
Micrografie ottiche del fossile di un protista. La mappatura Raman è stata effettuata a basso ingrandimento su tutto il fossile (pannello a destra) e ad alto ingrandimento (a sinistra). Indicate da frecce: la parete cellulare (rosso), il contenuto della cellula collassato (blu) e la sedimentazione di quarzo (verde). Crediti: Ferralis et al. 2016
Ferralis, lavorando sugli spettri Raman di campioni di sedimenti raccolti in passato dal team di Summons, ha trovato delle sottostrutture che mostravano una forte correlazione con la quantità di idrogeno nel campione analizzato. Per testare la nuova interpretazione, il team ha effettuato test su sedimenti la cui composizione chimica era già nota. Le analisi hanno dato risultati compatibili con i valori precedentemente misurati. «Questo significa che il nostro metodo è affidabile, e che non abbiamo bisogno di pianificare purificazioni chimiche estremamente lunghe e complesse per ottenere risposte precise», dice Summons.
Facendo un ulteriore passo avanti, i ricercatori si sono chiesti se la nuova tecnica potesse essere utilizzata per mappare la composizione chimica di un fossile microscopico, che normalmente conterrebbe troppo poco carbonio, e non sarebbe dunque rilevabile con tecniche tradizionali. Per rispondere a questa domanda, il team ha ottenuto il fossile microscopico di un protista, un organismo unicellulare. In passato gli scienziati deducevano l’origine biologica di questi fossili semplicemente dal loro aspetto e dalla somiglianza con altri modelli nella documentazione fossile.
Il team ha utilizzato la spettroscopia Raman per misurare le vibrazioni atomiche del fossile e ha analizzato lo spettro risultante sfruttando la nuova tecnica, ottenendo una mappa chimica dettagliata del campione. «Il fossile ha sperimentato la stessa storia termica, eppure abbiamo scoperto che il contenuto di idrogeno della parete cellulare è superiore rispetto a quello della matrice e di ciò che la circonda», dice Summons. «Questa prova del fatto che il nostro test fornisce indicazioni biologiche sui campioni potrebbe non convincere tutti, ma è indubbiamente un miglioramento significativo rispetto alle analisi di cui disponevamo in passato».
La nuova tecnica analitica, dunque, potrebbe aiutarci non solo ad individuare i campioni più promettenti su Marte, ma anche a comprendere meglio l’evoluzione biologica della Terra. «Siamo interessati a studiare la materia organica più antica conservata sul nostro pianeta, perché speriamo che ci insegni qualcosa sulla fisiologia delle prime forme di vita cellulare sul nostro pianeta», conclude Summons. «Vorremmo capire, ad esempio, quando è apparso per la prima volta il ciclo del carbonio che abbiamo oggi sulla Terra, come si è evoluto nel corso del tempo. Questa tecnica è in grado di aiutarci a scovare la materia organica che ha subito meno alterazioni possibili, e quindi ci permetterà di saperne di più su come erano fatti quei primi organismi e su come funzionavano».
Per saperne di più:
- Leggi su Carbon l’articolo “Rapid, direct and non-destructive assessment of fossil organic matter via microRaman spectroscopy” di Nicola Ferralis, Emily D. Matys, Andrew H. Knoll, Christian Hallmann e Roger E. Summons