Gli autori da oltre vent’anni cerchiamo indizi sulla presenza di vita sul Pianeta Rosso. Grazie
a continui sviluppi tecnologici e nuove osservazioni, è stato possibile ampliare il panorama
delle ipotesi sulla vita marziana. Nel recente libro Compelling Evidence of Fossils and
Microbialites on Ancient Mars (Cambridge Scholars, settembre 2024), vengono discussi
nuovi ritrovamenti e reinterpretati i dati già esistenti, offrendo uno scenario più ampio sull’evoluzione
della vita su Marte. Il libro contiene oltre 100 immagini, descritte e commentate e
analisi matematiche delle forme evidenziate dalle fotografie ottenute dai Rover NASA. Il tutto
sembra indicare la possibile presenza di microorganismi in epoche antiche. Tuttavia, l’interpretazione
di tali evidenze richiede cautela e ulteriore approfondimento.
Ma facciamo un passo indietro e partiamo quindi dalla domanda: ha senso cercare vita su
Marte? Ci sono o ci sono state condizioni di abitabilità nel Pianeta Rosso?

di Giorgio Bianciardi e Vincenzo Rizzo 

Condizioni di abitabilità: le quattro età di Marte.

Condizioni di abitabilità: le quattro età di Marte. Quali sono le possibilità che Marte abbia mai ospitato la vita? Numerose sonde hanno esplorato il pianeta, sia americane che europee, utilizzando rover per scandagliare la superficie e orbiter per catturare immagini dettagliate. Questi studi hanno permesso di ricostruire con grande precisione la storia del pianeta. È noto1 che nell’antico Marte, miliardi di anni fa, l’acqua liquida era diffusa, vi era un campo magnetico globale che proteggeva dalle radiazioni ostili, un’atmosfera più densa e una temperatura probabilmente simile a quella terrestre. Tuttavia, queste condizioni favorevoli alla vita non sono durate per sempre. Oggi si conoscono quattro fasi principali della storia marziana:

Pre-Noachiano (4,5 – 4,1 miliardi di anni fa)

Un periodo caratterizzato da un’atmosfera molto densa e un possibile oceano globale di acqua allo stato liquido, sicuramente fiumi e un ciclo idrogeologico. La temperatura media almeno in alcune zone maggiore di 0° C. Fiumi e un ciclo idrogeologico attivo potrebbero aver creato una finestra per la comparsa della vita, addirittura centinaia di milioni di anni prima che la vita sorgesse sulla Terra.

Noachiano (4,1 – 3,7 miliardi di anni fa)

Anche nel Noachiano sembra persistere una condizione favorevole alla presenza di acqua corrente sulla superficie marziana, È un periodo di bombardamenti pesanti, con numerosi impatti di asteroidi e comete (come avvenne sulla Terra a quel tempo). A giocare un ruolo significativo in questa era sono le eruzioni dei molti vulcani in grado di arricchire l’atmosfera di vapore acqueo e minerali. Alcuni studi sostengono tuttavia che dopo i 4 miliardi di anni le temperature non superarono più lo zero.

Esperiano (3,7 – 2,9 miliardi di anni fa)

L’attività geologica globale rallenta, sia pur in presenza ancora di un notevole vulcanismo: enormi quantità di acqua e anidride solforosa ricadono sulla superficie. Il clima inizia a diventare più freddo, l’acqua si trasforma così in permafrost oppure ghiaccio sotterraneo. Non è da escludere però che nuovi impatti, sciogliendo permafrost e ghiaccio, possano aver rigenerato condizioni favorevoli allo sviluppo di forme di vita.

Amazzoniano (2,9 miliardi di anni fa-presente)

La superficie del pianeta diventa secca e arida. Le rocce si alterano molto lentamente per effetto di agenti atmosferici poco attivi, intervallati solo da occasionali e brevi ritorni a condizioni più calde e umide. L’atmosfera diviene così sottile che l’acqua ora si vaporizza istantaneamente dalla superficie. Inizia l’aspetto attuale di Marte. Tuttavia, il clima e la stabilità dell’acqua sulla superficie continuano a variare nel corso di migliaia e milioni di anni, ad esempio per come l’inclinazione assiale del pianeta subisce i suoi cambiamenti, ciclici.

Prime indagini: VIKING

Il 20 luglio 1976, il lander Viking 1 atterrò nella regione marziana di Chryse Planitia. Pochi mesi dopo, il 3 settembre 1976, il Viking 2 atterrò a Utopia Planitia, una regione distante migliaia di chilometri. Entrambi i lander erano equipaggiati per condurre tre esperimenti biologici sulla regolite marziana triturata: Gas Exchange, Pyrolytic Release e Labeled Release.

Tra questi, il più promettente risultò essere il Labeled Re lease, guidato dal Principal Investigator Gilbert V. Levin. L’esperimento mirava a determinare se l’aggiunta di sostanze nutritive, come aminoacidi semplici (glicina e alanina) e altre molecole organiche facilmente metabolizzabili, avrebbe indotto una risposta nel suolo marziano, come la liberazione di anidride carbonica o altri composti carboniosi. Un risultato che sarebbe stato indicativo della presenza di forme di vita capaci di metabolizzare proprio tali sostanze.  Durante il giorno marziano 8 (Sol 8), venne aggiunto terreno nutritivo al campione prelevato dal Viking 1. Ogni 16 minuti furono misurati i livelli di gas marcati rilasciati, i quali mostrarono fluttuazioni significative.

Due giorni dopo, il risultato sembrava indubitabile: una liberazione di anidride carbonica coerente con quella prodotta da microorganismi terrestri in condizioni simili. Levin celebrò il risultato con una bottiglia di champagne e raccolse le firme dei membri del team per commemorare quella che sembrava essere una scoperta rivoluzionaria: la vita su Marte. Entrambi i Viking confermarono più volte il rilascio di gas con l’aggiunta di sostanze organiche a nuovi campioni di regolite. Tuttavia, il gas cromatografo-spettrometro di massa a bordo dei due lander non rilevò tracce di composti organici. Fu una doccia fredda che indusse a interpretazioni alternative dei dati e a una crescente cautela nelle affermazioni. Solo anni dopo, si scoprì che alcuni bias metodologici avrebbero potuto influenzare le analisi del tempo.

Nel 1996, un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Science riaprì il dibattito sulla presenza di vita su Marte. Una meteorite, ALH 84001, trovata in Antartide e datata a circa 3,6 miliardi di anni fa, sembrava fornire nuove prove. Si scoprì che la roccia, proveniente da Marte, era stata immersa in acqua liquida e conteneva composti organici autoctoni, oltre a cristalli di magnetite analoghi a quelli costruiti sulla Terra da batteri. Una scoperta che, seppur controversa, contribuì a rilanciare l’interesse per la ricerca di vita su Marte.

Entrambi i Viking confermarono più volte il rilascio di gas con l’aggiunta di sostanze organiche a nuovi campioni di regolite. Tuttavia, il gas cromatografo-spettrometro di massa a bordo dei due lander non rilevò tracce di composti organici. Fu una doccia fredda che indusse a interpretazioni alternative dei dati e a una crescente cautela nelle affermazioni. Solo anni dopo, si scoprì che alcuni bias metodologici avrebbero potuto influenzare le analisi del tempo.

Nel 1996, un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Science riaprì il dibattito sulla presenza di vita su Marte. Una meteorite, ALH 84001, trovata in Antartide e datata a circa 3,6 miliardi di anni fa, sembrava fornire nuove prove. Si scoprì che la roccia, proveniente da Marte, era stata
immersa in acqua liquida e conteneva composti organici autoctoni, oltre a cristalli di magnetite analoghi a quelli costruiti sulla Terra da batteri. Una scoperta che, seppur controversa, contribuì a rilanciare l’interesse per la ricerca di vita su Marte.

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ANNI 2000

La ricerca dei segni di vita su Marte ha vissuto un momento di svolta nel 2001, un anno significativo anche per il suo richiamo al celebre film 2001: Odissea nello Spazio di Kubrick. In quell’anno si tenne il primo Convegno di Astrobiologia in Europa (a Frascati, Roma) e il suo equivalente negli Stati Uniti, segnando ufficialmente la nascita dell’Astrobiologia come disciplina. Nello stesso periodo, il fascicolo sui risultati del Labeled Release fu riaperto, e numerosi studi iniziarono a rivalutare l’interpretazione biologica di quei dati. In quell’anno ebbe inizio una collaborazione fra Giorgio Bianciardi e Gilbert Levin, che permise di accedere ai dati grezzi raccolti dalle due sonde Viking, costituiti da decine di migliaia di valori ottenuti durante i mesi di attività marziana. Una collaborazione che portò nel 2012 alla pubblicazione dei risultati su una rivista scientifica e a una sintesi in italiano su Coelum (Bianciardi, G.: Ne siamo certi: le sonde VIKING scoprirono la VITA su Marte!, COELUM. ASTRONOMIA, 162, 14-20, 2012).

Coelum Astronomia ha seguito da vicino l’evolversi dello studio di Bianciardi sin dalle prime battute. Da consultare “Bianciardi, G., Marte è vivo. COELUM. ASTRONOMIA(46), 38-44, 2001” e “Bianciardi, G., Marte è davvero vivo!. COELUM ASTRONOMIA, 64-71, 2004)”.

Le tecniche utilizzate per analizzare i dati derivavano da esperienze nel campo delle indagini biomediche svolte all’Ateneo di Siena. Furono applicate analisi frattali e metodi della Fisica del Caos per studiare il comportamento del gas rilasciato nei test LR dei Viking misurato ogni 16 minuti, confrontandolo con situazioni biologiche terrestri (come la variazione temporale della CO² rilasciata da batteri sottoposti a trattamenti analoghi) e con fenomeni abiologici (ad esempio, le variazioni di temperatura dell’atmosfera marziana).

I risultati ottenuti si mostrarono estremamente promettenti. Le evidenze statistiche a favore di un’interpretazione biologica risultarono significative, evidenziando una sorprendente somiglianza tra le oscillazioni della CO^{2</sup marziana e quelle prodotte da batteri terrestri. I dati dei primi sei giorni su Marte tracciavano una coincidenza nei comportamenti degli indici caotici tra le due situazioni, suggerendo che i processi osservati su Marte potessero essere compatibili con attività biologica. I risultati incoraggianti sono riportati nelle tabelle di figura 6.}

 Possiamo ulteriormente “graficare” il risultato, focalizzando sui primi 6 SOL di rilevamenti da parte dell’ LR a bordo dei Viking. La coincidenza del comportamento dei vari indici caotici delle oscillazioni dell’anidride carbonica rilasciata durante l’esperimento LR su Marte con quello della CO^{2</sup rilasciata da batteri terrestri nelle stesse condizioni è sorprendente (figura 7).}

Ulteriori Indagini

I dati raccolti dalle sonde Viking, per quanto approfonditi, avevano raggiunto il loro limite informativo. Da allora, nessuna agenzia spaziale ha più inviato sonde o rover dedicati esclusivamente all’analisi biologica e sfortunatamente l’ESA, che aveva pianificato una missione specifica con il programma ExoMars, a causa di eventi globali come la pandemia da COVID-19 e la guerra in Ucraina ha dovuto temporeggiare. Il lancio, originariamente previsto, è stato posticipato alla fine di questo decennio.

In simili condizioni per continuare a investigare la possibilità di vita su Marte, l’attenzione si è concentrata sulle immagini raccolte dai rover geologici della NASA. Questi veicoli hanno esplorato le vaste lande desertiche del Pianeta Rosso, cercando tracce di vita antica in un Marte che, miliardi di anni fa, presentava condizioni di abitabilità ormai ben documentate.

Vincenzo Rizzo, ha iniziato a studiare gli affioramenti marziani nel 2009. Le sue prime osservazioni si sono focalizzate sulle strutture sedimentarie fotografate dal rover Opportunity nella regione di Meridiani Planum. Rizzo ha riportato l’esistenza di strutture delimitate da lamine che, per alcuni aspetti, richiamano le stromatoliti terrestri (Rizzo, V., Cantasano. Possible organosedimentary structures on Mars. International Journal of Astrobiology, 2009;8(4): 267-280).

Le stromatoliti e le microbialiti

Le stromatoliti, parte di un gruppo più ampio di rocce note come microbialiti, sono prodotte dall’attività di cianobatteri. Queste rocce si distinguono per strutture e forme insolite, talvolta difficili da spiegare nel contesto della normale sedimentazione geologica. Grazie alla loro Figura 8a a sinistra. Sotto il marcatore (ogni quadratino=1 cm): un aspetto tipico di una stromatolite, risalente a 1,5 miliardi di anni fa. Località: Taihangshan, Cina. Foto: G. Bianciardi. Figura 8b a fianco. Una stromatolite terrestre attuale. Località: Lagoa Salgada , Brasile. Foto: V. Rizzo unicità, le stromatoliti sono spesso riconoscibili direttamente in situ e rappresentano tracce antichissime di vita, risalenti fino a 3,5 miliardi di anni fa, che persistono ancora in alcune aree del nostro pianeta (figura 8).

Alcune delle immagini marziane mostravano tessiture reticolari costituite da filari intrecciati di grumi sferici, analoghe a quelle osservate in campioni terrestri (figura 10, pagina successiva). Per verificare l’ipotesi che si trattasse di stromatoliti, sono state applicate tecniche di geometria frattale alle immagini selezionate. Questo metodo, basato sulla Fisica del Caos, ha permesso di confrontare 25.000 microstrutture marziane con 15.000 microstrutture terrestri di microbialiti e stromatoliti.

I risultati ottenuti hanno evidenziato una forte somiglianza statistica, suggerendo la presenza di stromatoliti negli affioramenti marziani di Meridiani Planum (esplorato da Opportunity) e, successivamente, nel cratere Gusev (esplorato dal rover Spirit).

Verso una comprensione più ampia

Se effettivamente esistono stromatoliti su Marte, ciò implica la presenza di cianobatteri o equivalenti marziani da cui è nato l’interesse a cercare ulteriori tracce di un ecosistema marziano. In poco tempo le evidenze raccolte si sono moltiplicate al punto che una trattazione esaustiva su una rivista scientifica non è sembrata sufficiente. Ecco quindi la necessità di realizzare un volume dedicato, in cui oltre ai dati già noti, sono state presentate numerose tipologie strutturali riferibili alle microbialiti. Nel secondo capitolo del libro, Vincenzo Rizzo documenta alcune delle sue ricerche più recenti. Negli ultimi due anni, esse hanno consentito la catalogazione di ben 226 immagini di possibili stromatoliti o microbialiti e 58 immagini di putativi fossili o microfossili, includendo organismi multicellulari. Sono tutte strutture osservate negli affioramenti marziani e che non sembrano spiegabili con processi abiogenici e mostrano analogie con fossili terrestri.

A seguire alcune delle tavole presentate, tra le innumerevoli che mostrano impressionanti somiglianze Terra/ Marte e che ci parlano di una vita sul Pianeta Rosso.

Quindi alghe su Marte?

Nel 2017, durante il Convegno Annuale della Lunar and Planetary Society fu presentata un’analisi delle immagini ottenute dalla Pan Cam del Rover Spirit. Le immagini Mostravano la presenza di canali scavati dall’acqua circondati da un “sottile strato di materiale verde” e “sferule verdi” che potevano richiamare alghe fotosintetiche nella regolite marziana.

Nel 2019, Trainer et al.3 descrissero un fenomeno legato all’ossigeno atmosferico di Marte. Poiché l’ossigeno ha un’emivita di circa cinque anni e subisce perdite costanti nello spazio, i ricercatori osservarono un aumento dei livelli di ossigeno in primavera ed estate. Tra le ipotesi avanzate per spiegare questo fenomeno, la presenza di licheni e alghe fotosintetizzanti risultò una delle più plausibili.

Nel 2020, Rizzo4 analizzò dettagli degli affioramenti marziani ripresi dalla fotocamera Mars Hand Lens Imager (MAHLI) a bordo di Curiosity. Tra le osservazioni vi erano macchie allungate, curve, bianche, a forma di losanga, che terminavano su entrambi i lati in un punto interpretate come analoghe alle Cyanophyta (alghe verdi) e ad alcune forme di Euglene terrestri. Le microstrutture furono individuate nella regione di Aeolis Palus, nel cratere Gale, un’area ritenuta residuo di un antico lago d’acqua dolce. In passato, le stesse formazioni erano state identificate da altri autori come cristalli minerali, analoghi al gesso5. Nel 2021, Bianciardi6 applicò un’analisi frattale per distinguere tra le due ipotesi. I risultati mostrarono che le microstrutture delle losanghe marziane possedevano una dimensione frattale e un’entropia significativamente diverse da quelle del gesso (p < 0,01). Al contrario, tali parametri si sovrapponevano a quelli di un’alga unicellulare estremofila terrestre, l’Euglena mutabilis. Nel 2021 e 2022 Richard Armstrong (co-autore nel libro con analisi morfometriche tradizionali euclidee, con le quali mostra ulteriori evidenze verso l’interpretazione delle microstrutture geologiche marziane come stromatoliti e alghe verdi nel passato di Marte) segnala evidenze nel lon tano passato di Marte della presenza di licheni, spugne e coralli, forme di vita tra le più antiche sul nostro pianeta.

Tutti indizi quelli sin ora raccolti che sicuramente sollevano interrogativi sulla somiglianza tra le strutture marziane e terrestri e ulteriori studi potrebbero ulteriormente chiarire la natura di queste formazioni e contribuire anche alla comprensione della storia di Marte. A questo punto però ci potremmo comunque domandare: come mai questa grande affinità di presunta vita marziana con quella terrestre?

Panspermia marziana? Evoluzione convergente?

Le somiglianze morfometriche tra le strutture marziane e le stromatoliti terrestri sollevano domande intriganti. Gli indici frattali ottenuti dagli affioramenti di Opportunity e Spirit presentano un elevato grado di sovrapposizione con quelli delle stromatoliti terrestri, suggerendo una possibile connessione. Secondo alcuni studi, le prime stromatoliti su Marte potrebbero risalire a circa 3,7 miliardi di anni fa (Noffke, 2015) giustificando l’ipotesi di un trasporto di forme di vita semplice tra Terra e Marte, o viceversa, attraverso processi di litopanspermia.

L’idea di un trasporto di materiale biologico tra pianeti non è nuova, ma per molto tempo è stata considerata improbabile a causa delle condizioni estreme legate agli impatti e al transito nello spazio. Studi più recenti, tuttavia, suggeriscono che alcune porzioni di rocce espulse nello spazio durante grandi impatti potrebbero non subire temperature sufficienti a sterilizzare eventuali forme di vita.

Simulazioni al computer indicano che circa il 5% dei frammenti di Marte espulsi nello spazio potrebbe raggiungere la Terra, con una parte significativa che arriva in meno di 10 milioni di anni. Esperimenti hanno dimostrato che batteri incastonati in rocce o protetti da strati di ghiaccio o sale possono sopravvivere per milioni di anni alle radiazioni cosmiche. Inoltre, meteoriti come ALH84001 mostrano tracce di campo magnetico che indicano temperature interne inferiori ai 40 °C nel rientro in atmosfera, compatibili con la sopravvivenza di spore batteriche. Un’altra possibilità è l’evoluzione convergente. Le condizioni ambientali simili tra Marte e Terra in epoche remote potrebbero aver indotto alla formazione di strutture biologiche analoghe, indipendentemente dalla loro origine. Un fenomeno che è ben documentato sulla Terra, dove specie non correlate hanno sviluppato caratteristiche simili per adattarsi a condizioni ambientali analoghe.

Ulteriori missioni e analisi saranno necessarie per approfondire queste ipotesi e chiarire se Marte abbia ospitato, o ospiti ancora oggi, forme di vita, ma non possiamo non sottolineare le numerose evidenze che si stanno accumulando per un discorso pro-vita sul IV pianeta del Sistema Solare.

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L’articolo è pubblicato in COELUM 272 VERSIONE CARTACEA