Jest na Ziemi takie miejsce, które bardzo przypomina Marsa

Na górze: Wright Valley, jedna z trzech głównych dolin McMurdo. Fot. David Saul/Wikimedia
Na dole: krater Mojave na Marsie, symulacja stworzona ze zdjęć wykonanych przez satelitę Mars Reconnaissance Orbiter. Źródło. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Jest takie miejsce na Ziemi, które jest najbliższą analogią Marsa – są to zimne, skrajnie niegościnne Suche Doliny McMurdo na Antarktydzie. Tylko czy rzeczywiście jest to tak jałowe miejsce, jak przez wiele lat sądzono?

Kiedy Robert Falcon Scott słynny brytyjski podróżnik i zdobywca bieguna południowego, w 1903 roku zobaczył Suche Doliny McMurdo, stwierdził, że jest to miejsce pozbawione jakichkolwiek form życia i są to z pewnością doliny śmierci. Pierwsze wrażenie po zobaczeniu dolin McMurdo faktycznie musi prowadzić do wniosku, że nic tam nie żyje. Ten niesamowity, niemalże całkowicie pozbawiony lodu obszar Antarktydy stał się obiektem kompleksowych badań naukowych. A ich wyniki są całkiem ciekawe!

Jak na innej planecie

Są tam jeziora, ale zamarznięte, bez ryb, a nawet skorupiaków. Większość obszarów to pustynie, pomimo że doliny otaczają magazyny wody w postaci lodowców. Nie ma tam kręgowców ani roślin wyższych, ale naukowcy odkryli za to bakterie zdolne do przeżycia w warunkach marsjańskich oraz nie mniej odporne mikroskopijne zwierzaki – największe z nich to nicienie, wrotki i niesporczaki, czyli stwory nieprzekraczające 1 mm długości.

Iście marsjańskie krajobrazy z McMurdo pokazuje film, który naprawdę pobudza wyobraźnię:

McMurdo to nazwa cieśniny na Morzu Rossa między wyspą Rossa a kontynentem Antarktydy. Taką samą nazwę nosi też antarktyczna stacja badawcza należąca do Stanów Zjednoczonych. Właściwie nie jest to stacja, ale prawdziwe polarne miasteczko z siłowniami, pubem i sauną, zbudowane na wyspie Rossa i nazwane na cześć Archibalda McMurdo, czyli pierwszej osoby, która pod koniec XIX wieku naniosła na mapę te dziewicze regiony. Z kolei Suche Doliny McMurdo znajdują się nie na wyspie, ale na kontynencie i zajmują znaczną część tych 2 proc. powierzchni Antarktydy, która jest wolna od lodu.

Skoro doliny McMurdo leżą na kontynentalnej Antarktydzie, to dlaczego nie są pokryte lodem? Doliny zlokalizowane są na brzegu Antarktycznej Wschodniej Czapy Lodowej na Ziemi Wiktorii. Nie są pokryte lodem, ponieważ stanowiące ich granicę Góry Transantarktyczne zablokowały czapę lodową i jej spływ w kierunku Morza Rossa. Jednak kilka lodowców uchodzi do dolin McMurdo.

Amerykanie w 1993 roku ustanowili w tym miejscu miejsce długoterminowych badań ekologicznych, tzw. LTER – Long Term Ecological Research. Zdawali sobie sprawę, że te doliny są warte nakładów finansowych ze względu na unikatowe cechy klimatyczne i krajobrazowe. Ze stacji McMurdo na wyspie Rossa naukowcy dostają się do tych niezwykłych dolin helikopterami.

Książka o kosmicznej dolinie

Sześćdziesiąt lat po tym, jak Scott ujrzał po raz pierwszy suche doliny, Amerykanie rozpoczęli intensywne badania tego obszaru. Ostatnio dostałem w prezencie książkę, o której marzyłem: „Life in Antarctic deserts and other cold dry environments  – astrobiological analogs” pod redakcją profesora Pterea Dorana, W. Berry Lyons i Diane McKnight. Książka poświęcona jest w całości dolinom McMurdo i opiera się głównie na wynikach badań prowadzonych w trakcie amerykańskich kampanii naukowych na Antarktydzie. Trwają one od ponad 50 lat, dzięki czemu obszar ten jest jednym z najlepiej zbadanych ekosystemów ekstremalnych na naszej planecie. W książce tej pada stwierdzenie, że jeśli istniało lub dalej istnieje życie gdzieś na Marsie, to jest ono narażone na podobnie niesprzyjające warunki.

Co na Ziemi, a co na Marsie?

Krajobraz Suchych Dolin McMurdo na Antarktydzie. Fot. NSF/Josh Landis/Wikimedia

Suche Doliny McMurdo w dużym stopniu przypominają środowisko marsjańskie. Są to kamieniste pustynie z gołą glebą i skałami pozbawionymi nawet porostów. Klimat dolin McMurdo jest jednym z najzimniejszych i najbardziej suchych na naszej planecie. Tutejsze temperatury w ciągu roku zazwyczaj wynoszą od -16°C do -30°C, ze średnią letnią temperaturą -6°C. Jednakże zdarza się, że latem mogą przekraczać periodycznie nawet 10°C. Pada tu wyłącznie śnieg, i to bardzo rzadko i w małych ilościach, bo w ciągu roku opady nie przekraczają 10 cm. Przynosi on niewielki pożytek dolinom, bo jest natychmiast rozwiewany przez silne wiatry, których prędkość zwykle nie spada poniżej 50 km/h. Wilgotność powietrza jest bardzo niska, a gleby są właściwie pozbawione wilgoci i stanowią dobry przykład „zamarzniętego suchego piasku”. Silny wiatr roznosi pył i nawiewa go na lodowce w dolinach, wskutek czego bardziej skupiają na sobie promieniowanie słoneczne, co skutkuje wzmożonym topnieniem. Sezonowe i krótkie spływy z lodowców to jedyne źródło wody w dolinach McMurdo.

Na Marsie wygląda to podobnie, choć z kilkoma znaczącymi różnicami. Mars ma bardzo cienką atmosferę złożoną główne z dwutlenku węgla. Średnie temperatury na powierzchni Czerwonej Planety wahają się od -126 do +26. Nachylenie Marsa względem osi ekliptyki wpływa na silną sezonowość związaną z dostawą energii słonecznej. Czerwona Planeta charakteryzuje się więc dużo większymi wahaniami temperatury, przez co różnice między latem i zimą są bardziej dotkliwe niż na Ziemi.

Największe analogie między Marsem a McMurdo to niskie temperatury, zmrożona powierzchnia, silna sezonowość, pył transportowany przez wiatr i susza pomimo obecności wody zmagazynowanej w lodowcach. Z kolei największe i najbardziej znaczące różnice to istotnie niższe ciśnienie na Marsie (stanowiące mniej niż 1 % ciśnienia ziemskiego) oraz niemalże całkowity brak atmosfery. Jednakże pomimo że Suche Doliny McMurdo są zasiedlone przez ziemskie życie, niewątpliwie możemy znaleźć w nich niejedną analogię do powierzchni Marsa.

Mars pełen wody – zamarzniętej

Na Marsie znajdują się czapy lodowe – zarówno na północy, jak i południu. Znaczna większość lodu na północy to zamarznięta woda, zaś zestalony CO₂ pojawia się sezonowo tylko w okresie zimy. Jaki z tego wniosek? Gdyby na Marsie istniała atmosfera i panowało inne ciśnienie, to według naukowców wystarczyłoby wody zmagazynowanej w lodowcach, żeby zalać nią całą planetę. Autorzy książki sugerują, że warunki klimatyczne i ostateczny bilans termalny lodu na Marsie nie wywołają topnienia, pomimo że proces ten powinna wspierać obecność pyłu na powierzchni planety i pojawianie się z rzadka temperatur powyżej zera.

Krajobraz na Marsie – Góra Sharpa (Aeolis Mons) sfotografowana przez łazika Curiosity. Źródło: NASA/JPL-CALTECH

Na proces topnienia lodowców może z kolei wpływać aktywność wulkaniczna. Tego rodzaju zjawiska dawniej na Marsie zachodziły, na co wskazują liczne dowody. Badanie cech krajobrazu, takich jak koryta rzek czy pozostałości po strumieniach, wskazują, że ciekła woda mogła i nadal może okresowo występować na tej planecie (prawdopodobnie periodycznie w sąsiedztwie lodu). Ponadto autorzy zwracają uwagę, że zanim ok. 4 mld lat temu wiatr słoneczny rozwiał atmosferę Marsa, woda w stanie ciekłym była bardzo istotnym elementem jego krajobrazu.

Co żyje na ziemskim Marsie?

W Suchych Dolinach McMurdo żyją stworzenia, które – jak stwierdzili naukowcy – przekraczają „limity życia”. W czasopiśmie „Astrobiology” opublikowano artykuł na temat bakterii z rodzaju Halomonas, które znaleziono w glebach w McMurdo. Na bakteriach prowadzono eksperymenty, w których pokazano, że nie straszne im ani wysokie dawki promieniowania w okolicach 6 kGy (kilogrejów), ani brak wody. Co więcej, udowodniono, że napromieniowywanie tych bakterii w temperaturze -79°C (taka jest średnia temp. na Marsie) nawet dziewięciokrotnie zwiększa ich oporność na zabójcze promieniowanie. Autorzy artykułu twierdzą, że bakterie oporne na susze, niskie temperatury i wysokie dawki różnego rodzaju promieniowania mogłyby przetrwać w wiecznej zmarzlinie czy lodzie na Marsie.

Tajemnicze lodowce Suchych Dolin

Lodowce w McMurdo też są wyjątkowe. Przykładowo wewnątrz lodowca Tylor od 5 mln lat znajduje się uwięzione słone jezioro. Udowodniono już, że w tym jeziorze żyją bakterie. Wiadomo też, że tego typu zbiorniki – zupełnie ciemne i pozbawione tlenu – mogą istnieć na innych planetach czy księżycach.

W McMurdo na powierzchni lodowców tworzą się kriokonity, ale inne niż te w Arktyce, bo zwykle przykryte warstwą lodu. Mogą być one izolowane przez dekady od środowiska zewnętrznego, a wpada tam tylko 10 % światła słonecznego z powierzchni. Te zbiorniki mogą stanowić unikatowy, izolowany przez lód ekosystem będący łatwo dostępnym modelem astrobiologicznym, jak sugerują autorzy artykułu opublikowanego w „Hydrological Processes”.

Uproszczone relacje

Suche Doliny McMurdo na Antarktydzie. Fot. Jerrod Wheeler/Wikimedia

W dolinach McMurdo żyją przede wszystkim organizmy jednokomórkowe i mikroskopijne bezkręgowce. Glony i sinice odpowiadają za produkcję materii organicznej, jednak jest tam ona bardzo niska w porównaniu do innych, nawet tych ekstremalnych polarnych ekosystemów. Ciekawe są też zależności w łańcuchu pokarmowym w dolinach McMurdo. Zawsze byłem zafascynowany tym, że w kriokonitach najwyższym ogniwem łańcucha pokarmowego są wrotki i niesporczaki mające zaledwie 0,3 mm wielkości. W całym kompleksie suchych dolin jest podobnie, a może nawet jeszcze bardziej ciekawie. W kilku jeziorach, które znajdują się w McMurdo, nie ma ryb, nie ma też skorupiaków, które występują w niemal wszystkich innych zbiornikach słodkowodnych, także tych w regionach polarnych. Za to najliczniejszym przedstawicielem fauny są mikroskopijne nicienie, które stanowią znaczną część biomasy organizmów w tej części Antarktydy.

Czy zatem na tej podstawie można wyciągnąć wniosek, że na Marsie jest życie? Jestem przekonany, że pobudzająca wyobraźnię dyskusja na ten temat będzie trwać jeszcze długo. Oczywiście chciałbym się mylić i dowiedzieć się wkrótce, że życie, choćby jednokomórkowe, istnieje poza Ziemią. Nie mniej jednak dobrze jest wiedzieć, że mamy tak „odjechane” miejsce na naszej planecie jak Suche Doliny McMurdo.