Energie!

In de afgelopen jaren is duidelijk geworden dat het koude en droge Mars in het verleden een stuk warmer en natter en daarmee veel aantrekkelijker voor leven moet zijn geweest. Genoeg reden voor de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie om Marsrover Perseverance er op af te sturen; de in februari op Mars gearriveerde rover zoekt er naar sporen van vergaan leven. Tegelijkertijd zijn er echter ook onderzoekers die ervan overtuigd zijn dat er op Mars nog altijd levende wezens te vinden zijn. En wellicht gaan we daar in de toekomst ook nog wel naar zoeken. Maar waar begin je dan? Onder de grond, zo stellen onderzoekers nu. Want daar vinden we mogelijk alles wat hedendaagse Martiaanse microben nodig hebben.

Onder het oppervlak
Het idee dat er onder het Marsoppervlak leven te vinden is, is niet nieuw. Zo wezen onderzoekers er eerder bijvoorbeeld al op dat een laagje Marsgrond eventuele microben mooi zou kunnen beschermen tegen de straling die het Marsoppervlak dwars door de dunne Marsatmosfeer heen weet te bereiken en onleefbaar lijkt te maken. Bovendien weten we van onze eigen planeet dat eenvoudige levensvormen zich op grote diepte – volledig geïsoleerd en zelfs ontdaan van zonlicht – prima weten te redden. Op aarde overleven dergelijke levensvormen dankzij de bijproducten van chemische reacties die ontstaan wanneer gesteente in aanraking komt met water.

Een voorbeeld van zo’n chemische reactie is radiolyse. Deze reactie treedt op wanneer radioactieve elementen in gesteenten in contact komen met water. De reactie breekt de watermoleculen op, waardoor waterstof en zuurstof ontstaat. Het waterstof lost op in het resterende grondwater, terwijl mineralen zoals pyriet de zuurstof opnemen om sulfaatmineralen vormen. Microben kunnen de opgeloste waterstof gebruiken als brandstof en de zuurstof die opgeslagen zit in de sulfaten gebruiken om die brandstof te ‘verbranden’. Eerder zijn in Canada microben aangetroffen die zich op deze manier 1,5 kilometer onder het oppervlak weten te redden met een beetje grondwater dat al meer dan 1 miljard jaar geen zonlicht heeft gezien.

Analyse
Vergelijkbare chemische reacties zouden in theorie ook microben onder het oppervlak van Mars van energie kunnen voorzien. Maar vinden die chemische reacties daar ook plaats? Om die vraag te beantwoorden, bestudeerden onderzoekers de chemische samenstelling van Marsmeteorieten; stukjes gesteente die tijdens inslagen van Mars zijn losgekomen en na een lange reis op aarde landden. De analyse wijst uit dat ook Marsgesteenten – zolang ze langdurig met water in contact staan – de chemische energie voort kunnen brengen die microben nodig hebben. “We weten niet of er ooit leven onder het oppervlak van Mars is ontstaan, maar als dat wel gebeurd is, denken wij dat er genoeg energie voorhanden is om het tot op de dag van vandaag in stand te houden,” stelt onderzoeker Jesse Tarnas. Tenminste: als er grondwater te vinden is.

Meteorieten
De onderzoekers zochten in meerdere Marsmeteorieten naar radioactieve elementen die radiolyse – in aanwezigheid van water – mogelijk maken. Denk aan thorium, uranium en kalium. Ook zochten ze naar mineralen die omgezet konden worden naar sulfaten. En er werd tevens gekeken naar scheurtjes of andere kleine uitsparingen in de gesteenten waarin water kan doordringen. In verschillende van de Marsmeteorieten werden al deze voor radiolyse benodigde ingrediënten aangetroffen. “Waar grondwater te vinden is, is waarschijnlijk ook voldoende chemische energie te vinden om ondergronds microbieel leven mogelijk te maken,” concludeert Tarnas.

Waar?
Het onderzoek heeft grote implicaties voor toekomstige zoektochten naar hedendaags leven, omdat het aangeeft waar we die levende microben moeten zoeken. Onder de grond. Nu is dat natuurlijk nog steeds een breed begrip. Want waar moeten we precies gaan zoeken? En hoe diep? “Ik verwacht niet dat er direct onder het Marsoppervlak aardachtig microbieel leven te vinden is,” vertelt Tarnas aan Scientias.nl. Op sommige plekken is net onder het oppervlak mogelijk wel pekelwater – water met een zeer hoog zoutgehalte – te vinden, maar dat zou door de lage temperaturen en atmosferische druk niet stabiel zijn. “Een leefbare omgeving waarin aardachtige microben lang kunnen standhouden vereist de stabiele aanwezigheid van vloeibaar water of pekelwater,” onderstreept Tarnas. “En grondwater op geringe diepte is waarschijnlijk niet stabiel op Mars.” Puur grondwater – H2O – zou mogelijk zelfs enkel op kilometers diepte stabiel zijn. “Het is wel mogelijk dat er wat minder diep – op enkele honderden meters – stabiel en potentieel leefbaar pekelwater te vinden is, aangezien zouten de temperatuur waarbij water smelt verlagen,” merkt Tarnas op. Maar zelfs dan moeten we dus behoorlijk diep gaan om dat water en eventueel leven daarin op te sporen.

Zuidelijk hoogland
De onderzoekers maakten voor hun studie niet alleen gebruik van meteorieten. Ze sloegen er ook data van Marsorbiters en Marsrover Curiosity op na. Ze keken daarbij specifiek naar metingen van de dichtheid van gesteente. “Deze metingen gebruikten we om de porositeit – oftewel de hoeveelheid lege ruimte in de gesteenten die gevuld kan worden door water en gas – in te schatten.” Aan de hand van deze metingen en een analyse van de meteorieten kan Tarnas wel een gebied op Mars aanwijzen dat geschikt lijkt voor ondergronds leven. Namelijk: het zuidelijk hoogland. Uit deze regio stammen de meteorieten die relatief veel radioactieve elementen en sulfiden bevatten. Bovendien wijzen de metingen van de orbiters erop dat de gesteenten aldaar vrij poreus zijn. Het betekent dat deze gesteenten – in aanwezigheid van grondwater – via radiolyse ook meer waterstof en sulfaat voortbrengen en dus grotere concentraties microben kunnen ondersteunen. Maar opnieuw valt of staat alles met de aanwezigheid van water. “Een missie met instrumenten die in staat zijn om te bepalen of grondwater of pekelwater op Mars voorkomt en waar dat zich dan bevindt, zou van grote waarde zijn.”

Mochten we op stabiel grondwater stuiten, lijkt het een logische vervolgstap om onder het oppervlak ook daadwerkelijk te gaan zoeken naar leven. Helaas hebben we niet zulke goede ervaringen met ondergronds onderzoek op Mars; Marslander InSight probeerde eerder enkele meters onder het Marsoppervlak te boren, maar dat mislukte. Toch is Tarnas optimistisch dat we in de toekomst meer geluk zullen hebben. “Met een ander type boor denk ik dat het zeker mogelijk is om ondergronds te gaan.” Of het ook zou resulteren in de ontdekking van leven, durft Tarnas niet te beloven. “Het komt uiteindelijk aan op de vraag of er nog stabiel grondwater op Mars te vinden is. Als dat er is, dan denk ik dat er een gerede kans is dat het grondwater – als er ooit leven op Mars is ontstaan – bewoond wordt door microben.”