Un étudiant en géologie de l'Université de Cincinnati aide la NASA à déterminer si la vie existait sur d'autres planètes.

Le doctorant Andrew Gangidine travaille avec le professeur de géologie de l'UC Andrew Czaja pour développer un marqueur de la vie bactérienne ancienne sur Mars. La recherche pourrait aider les scientifiques à résoudre l'un de nos mystères les plus fondamentaux.

« Nous essayons de répondre à la question :à quel point la vie est-elle rare dans l'univers ? » dit Gangidine.

Czaja, professeur adjoint au McMicken College of Arts and Sciences de l'UC, fait partie d'un comité consultatif de la NASA qui décidera où sur Mars envoyer le prochain rover télécommandé. Entre autres objectifs, le rover cherchera des preuves que la vie existait autrefois sur la planète rouge. Le comité consultatif a réduit la liste des candidats au site d'atterrissage à trois et recommandera un finaliste plus tard cette année.

Pendant ce temps, Gangidine étudie la vie microbienne dans les sources chaudes de silice pour trouver un indicateur utile de la vie sur Mars. Depuis deux ans, il a mené des travaux sur le terrain dans les bassins de geyser du parc national de Yellowstone au Wyoming pour examiner quels éléments sont associés aux bactéries qui vivent dans ces piscines géothermiques.

"Nous voulons rester objectifs. Certains pensent qu'il doit y avoir de la vie sur Mars, " Dit Gangidine. " D'autres pensent qu'il n'y a certainement pas de vie sur Mars. Et chaque côté a de bonnes chances d'avoir raison. Les deux ont des arguments valables. C'est pourquoi si nous y allons et ne voyons rien, ce ne sera pas "échec de la mission".

Gangidine a présenté ses recherches le 25 avril à la Second International Mars Sample Return à Berlin, Allemagne.

Aujourd'hui, nous savons que la vie ne peut pas exister sur Mars, du moins pas sur sa surface sèche. Le rayonnement solaire a divisé la plupart de ses eaux de surface en ses parties élémentaires il y a près de 3 milliards d'années, lorsque la planète rouge a perdu son champ magnétique protecteur.

Mais les scientifiques se demandent si la vie pourrait exister quelque part profondément sous terre, parmi les poches d'eau piégées autour des zones géothermiques similaires aux geysers de Yellowstone.

Trouver des preuves de vie sur Mars est étonnamment compliqué.

Si Mars a jamais soutenu la vie, il est possible qu'il ait été anéanti lorsque la majeure partie de son atmosphère a disparu dans le vent solaire, dit Czaja.

Les scientifiques de la NASA doivent donc être prêts à rechercher des preuves fossiles de la vie bactérienne remontant jusque-là. Gangidine a déclaré que la bonne nouvelle est que des fossiles similaires de la vie bactérienne précoce il y a plus de 3,5 milliards d'années ont été trouvés sur Terre. Cela le rend optimiste que si une vie similaire avait déjà existé sur Mars, La NASA a une chance d'en trouver un enregistrement fossile.

"Nous pouvons voir la vie préservée dans ces gisements de silice aujourd'hui. Nous avons des preuves que cela se produit à travers le temps géologique, " a déclaré Gangidine. " Ce que nous essayons de faire, c'est d'attraper la fossilisation au fur et à mesure qu'elle se produit. Que deviennent les microbes eux-mêmes ? Et qu'arrive-t-il aux oligo-éléments dont nous pensons qu'ils leur sont associés pendant qu'ils sont vivants ? »

Pour découvrir des indices sur la vie ancienne sur Mars, les géologues se tournent vers les sources chaudes telles que celles trouvées dans le premier parc national des États-Unis.

Gangidine et ses collègues ont besoin de permis pour prélever des échantillons dans l'arrière-pays du parc. Mais explorer les bassins de geyser peut être délicat et dangereux. Un touriste est décédé en 2017 après être tombé dans l'une des piscines bouillantes du bassin lors d'une randonnée hors piste.

"Ces choses peuvent vraiment dépouiller la chair de vos os, " Dit Gangidine. " Au fond des sources chaudes que nous étudions, vous voyez des crânes de bisons et d'autres animaux qui ont eu la malchance d'errer trop près. "

L'équipe de Gangidine comprend un chercheur de terrain expérimenté dans l'arrière-pays, Jeff Havig, boursier postdoctoral de l'UC, qui travaille maintenant à l'Université du Minnesota. Ils se frayent un chemin prudemment à travers la caldeira. Parfois, ils peuvent voir où le sabot d'un bison a percé la fine croûte pour révéler de la boue fumante.

Les travaux de géologie les emmènent à travers « des tourbières tremblantes, " une fine couche de tourbe et d'herbe recouvrant une boue profonde et mouvante. Gangidine marchait aux côtés d'un collègue lors d'une de ces randonnées lorsqu'il a sombré au-dessus de ses genoux dans le bourbier traître.

"Heureusement, cet endroit n'était pas super chaud. Mais je marchais à quelques pas de quelqu'un d'autre. Le terrain peut vraiment changer rapidement, " dit-il. " Lorsque nous entrons dans ces paramètres, nous devons être très prudents."

L'acide bouillant et la boue ressemblant à de la lave ne sont pas les seuls dangers pour les chercheurs dans les bassins de geyser. Ils doivent aussi faire attention à ne pas passer trop de temps autour des bouches de vapeur, qui contiennent un mélange de gaz tels que le dioxyde de carbone, le sulfure d'hydrogène et le méthane qui peuvent asphyxier une personne dans les bonnes conditions.

Le U.S. Geological Survey a documenté ce phénomène en 1888 dans une partie du parc surnommé "Death Gulch, " une dépression naturelle entre deux collines escarpées où des gaz toxiques jaillissent de Cache Creek. Le géologue de l'Université Harvard T.A. Jaggar Jr. est revenu dans la région en 1899 et a trouvé six ours, un élan et divers petits animaux qui sont morts apparemment après avoir succombé aux vapeurs toxiques.

Mais même au grand air, le gaz s'élevant du sol peut avoir un effet cumulatif, dit Gangidine.

"Ces sources chaudes émettent beaucoup de gaz que vous ne voulez pas respirer. Elles se lient à l'hémoglobine qui transporte l'oxygène dans votre corps. En respirant cela, vous êtes très fatigué, " dit Gangidine.

« C'est pourquoi nous essayons de planifier une journée hors du terrain tous les trois jours où nous travaillons sur le terrain. Si vous êtes là pendant quatre jours, vous pouvez vraiment vous sentir comme un zombie. C'est vraiment difficile de penser, difficile à déplacer."

En tant que premier cycle en biologie à l'UC, Gangidine a travaillé avec le professeur de biologie de l'UC Dennis Grogan pour examiner la vie microbienne appelée extrêmophiles qui vit dans des endroits hostiles tels que les sources chaudes acides ou alcalines de Yellowstone. Maintenant en tant que géologue, Gangidine étudie les fossiles que ces créatures unicellulaires robustes laissent derrière elles.

"Les sources chaudes font des dépôts de silice qui préservent très bien la vie, " a déclaré Gangidine. " Lorsqu'il est laissé exposé à la surface d'une planète, il ne cristallise pas et ne se métamorphose pas. Ces échantillons devraient donc être relativement bien conservés si nous les trouvons."

Dans le laboratoire de géologie du professeur de l'UC Czaja, Gangidine examine au microscope les lames qu'il a préparées à partir de morceaux de silice de Yellowstone qu'il a prélevés dans un geyser à cône de vapeur montagneux.

Les filaments bactériens des échantillons prélevés au sommet du geyser sont pleins de couleurs. Mais les échantillons plus anciens, certains peut-être des milliers d'années, sont incolores, même s'ils gardent leur forme. Alors pour plus d'indices sur cette forme de vie de base, La gangidine soumet les échantillons bactériens à une analyse élémentaire à l'aide d'un spectromètre de masse à ions secondaires. L'analyse rend les éléments en couleurs vives :jaunes profonds, des rouges et des verts représentant le chrome ou le gallium peut-être associés à la vie bactérienne.

Si Gangidine trouve une corrélation entre les concentrations et les distributions spatiales d'éléments particuliers et les bactéries, il pourrait servir de biosignature que les scientifiques peuvent utiliser pour identifier la vie passée sur Mars.

"La raison pour laquelle nous avons choisi le gallium est qu'il n'est pas connu pour être associé à la vie. Mais quand nous regardons les échantillons bactériens fossilisés, on le trouve, donc il doit se passer quelque chose, " Dit Gangidine. "Est-ce que les bactéries stockent certains éléments préférentiellement par opposition à ce que vous trouveriez ailleurs dans ces roches?"

Gangidine travaille avec des chercheurs en Australie, abrite certains des plus anciens fossiles du monde, certains datant de 3,5 milliards d'années.

"Si je veux créer une biosignature, Je dois prouver qu'il persiste dans le temps, " a déclaré Gangidine. "Il existe dans ces échantillons relativement plus jeunes. Mais existe-t-il dans ces anciens échantillons, trop? Ce sera crucial à comprendre."

Gangidine prévoit également de construire une source chaude artificielle dans un aquarium de laboratoire en utilisant des éléments similaires trouvés dans les geysers. En introduisant une sursaturation dans l'eau, l'excès de silice précipitera de la même manière qu'il le fait dans la nature. Ensuite, il peut ajouter des traces de produits chimiques associés à la vie et étudier ce qui se passe dans un monde miniature absent de la vie.

"Pour prouver que nous avons trouvé une biosignature, nous devons prouver que la signature ne se produit pas sans vie, " il a dit.

"Gallium est celui qui nous a surpris, " Czaja a dit. " Il est associé à la silice près de la bactérie mais n'est pas dans la bactérie. "

Comme Gangidine, Czaja a fait ses débuts dans les sciences en étudiant la biologie avant de poursuivre une carrière en paléontologie.

Le comité consultatif de la NASA de Czaja se réunira en octobre pour décider où sur Mars ils aimeraient envoyer le rover parmi les trois destinations préférées. Le rover est provisoirement prévu pour un lancement en juillet ou août 2020, arrivée sur Mars environ sept mois plus tard.

"La NASA a tendance à aimer aller dans de nouveaux endroits pour repousser les frontières. Les géologues aiment revenir aux mêmes endroits encore et encore pour poser de nouvelles questions, " dit Czaja.

Le rover collectera des échantillons dans des conteneurs scellés pour les renvoyer sur Terre lors d'une mission ultérieure. Il pourrait donc s'écouler de nombreuses années avant que des géologues tels que Czaja et Gangidine sachent si leurs intuitions concernant le meilleur endroit où chercher la vie sur Mars étaient correctes.

Aider à formuler une question à laquelle vous ne vivrez peut-être jamais pour voir une réponse est l'une des activités les plus altruistes de la science, dit Czaja.

"Une chose que j'aime dans ces missions de la NASA, c'est la réflexion et la planification à long terme, " at-il dit. " Les gens qui travaillent sur ces projets maintenant peuvent ne jamais voir les résultats. Mais ils sont toujours prêts à travailler parce que c'est une question tellement fascinante."

La mission Mars 2020 ne sera pas un échec si les scientifiques ne trouvent aucune preuve de vie. Bien au contraire, dit Gangidine.

« Si nous le trouvons, on peut dire que la vie n'est peut-être pas si rare parmi les planètes, " dit Gangidine. " Mais si nous ne trouvons pas la vie dans des endroits qui seraient les candidats les plus idéaux et les mieux préservés, alors peut-être que la vie est assez rare."

Mais si la NASA trouve des preuves de vie sur Mars, cela pourrait suggérer que susciter la vie à partir d'une soupe primordiale n'est pas si extraordinaire après tout. Et la première question sera de savoir comment la vie sur Mars se compare à la vie sur Terre, dit Czaja. Y avait-il un ancêtre commun ?

"Peut-être que nous sommes tous martiens, " dit Czaja.

Toute affirmation concernant l'existence ou l'absence de vie sur Mars sera soumise à un examen minutieux et à un scepticisme mondial. Czaja a déclaré que les chercheurs doivent être prêts à fournir une mine de preuves pour enrichir leurs découvertes.

"Ce n'est pas suffisant de trouver quelque chose qui ressemble à une cellule bactérienne, " dit Czaja. " Il y a des choses non biologiques qui pourraient ressembler à ça. Mais si vous avez une cascade de traits – ceci et ceci et cela additionnés – il est difficile de l'expliquer autrement que pour la vie. »