Venere e l’equazione della Vita: scenari possibili per mondi lontani

Una delle più grandi motivazioni per l’esplorazione spaziale – sia essa con equipaggio, robotica o osservativa – è comprendere l’origine, la distribuzione e il futuro della vita nell’universo. Sebbene attualmente siamo limitati dal problema di avere la vita terrestre come nostro unico esempio concreto, possiamo nondimeno utilizzare la nostra comprensione della genesi e dell’evoluzione della vita sulla Terra per stabilire un quadro per identificare le incognite e le incertezze della vita su altri mondi.

Nel 2021 è stata proposta l’Equazione della Vita di Venere (VLE). Ispirata all’Equazione di Drake, la VLE è un approccio teorico e basato sull’evidenza per calcolare la probabilità di vita esistente su Venere utilizzando tre parametri di alto livello: Origination (O), Robustness (R) e Continuity (C), o L = O • R • C. Poiché ciascuno di questi fattori cambia nel tempo, essi forniscono anche un quadro per comprendere la probabilità di vita in un dato momento, incluso il futuro.

L’obiettivo fondamentale della VLE è fornire una struttura per stimare la probabilità di vita basata su fattori che possono essere vincolati o quantificati attraverso osservazione, esperimenti e modellazione. Qui, esaminiamo il quadro esistente applicato a Venere e discutiamo alcune delle incognite e del lavoro futuro necessario per estendere questo approccio a un’Equazione della Vita Planetaria più generale.

L’Equazione della Vita di Venere

Il nostro interesse è stato inizialmente suscitato da Venere a causa delle sue somiglianze iniziali e della sua successiva drammatica divergenza dalle condizioni superficiali della Terra. Sebbene la nostra comprensione del clima passato e presente di Venere continui ad evolversi, si ritiene che Venere abbia avuto un primo periodo umido in cui esistevano interfacce terra-acqua simili a quelle della tarda era Adeana e della prima era Archeana della Terra per un periodo di tempo prolungato; criticamente, questa è anche la finestra temporale in cui è sorta la vita sulla Terra. L’attuale superficie di Venere (450 ºC, 92 bar) non è ospitale per la vita come la conosciamo, anche se si è discusso molto se gli strati di nubi di acido solforico potrebbero ospitare residui di aerobiosfera.

I termini della VLE sono: L, la probabilità che ci sia vita nel momento in questione; O (origination), la probabilità che la vita sorga e si stabilisca prima del momento in questione; R (robustness), la potenziale dimensione e diversità della biosfera nel tempo; e C (continuity), la probabilità che le condizioni favorevoli alla vita persistano spazialmente e temporalmente fino al momento in questione. È intenzionalmente agnostica rispetto alla scala e al tipo di vita. Tutti i fattori sono trattati come probabilità qualitative, dove 0 rappresenta “nessuna possibilità” e 1 “una certezza”.

Origination (O)

I fattori da considerare nella stima di O includono:

• la probabilità di origine per abiogenesi
• la probabilità di origine per panspermia, informata dalla probabilità di vita altrove nel sistema stellare e dalla dinamica del trasporto di materia interplanetaria
• le probabilità di due o più genesi separate (ad esempio, sia l’abiogenesi che la panspermia si verificano)
• la probabilità di breakout, ovvero che la vita si espanda oltre i suoi punti di origine per occupare il pianeta

Le probabilità di abiogenesi (sul pianeta in questione o su un corpo vicino come parte di un’ipotesi di panspermia) sono attualmente discusse più spesso per analogia con la Terra primordiale, informate dalla modellazione e da esperimenti di laboratorio. Il sottofattore del breakout è il più difficile da quantificare; si sa molto poco sulla storia primordiale della vita sulla Terra, se non che sembra essere iniziata e diffusa relativamente rapidamente dopo che la sua superficie è diventata clemente. Questo fattore è quindi probabilmente basso per i pianeti molto giovani, ma diventa e rimane più alto per i pianeti simili alla Terra per la maggior parte della loro esistenza. A differenza degli altri due fattori, che fluttuano continuamente nel tempo, questo fattore raggiunge 1 se la vita emerge e vi rimane. Per la moderna Venere, data la sua passata somiglianza con la Terra primordiale, abbiamo considerato che O avesse un intervallo di 0.1 – 1.

Robustness (R)

I fattori da considerare nella stima di R includono:

• la potenziale biomassa “nel migliore dei casi” supportata nel tempo, informata dalla disponibilità di nutrienti essenziali (ad esempio, CHNOPS per la biochimica simile alla Terra) ed energia (fotonica, chimica, termica) per la produzione primaria
• la diversità funzionale della vita presente (ad esempio, ampiezza degli habitat occupati, nicchie ecologiche definite, strategie metaboliche utilizzate)

Un basso valore di R indica una biosfera piccola o fragile, più vulnerabile all’estinzione a causa delle minacce catturate nel termine finale di continuità. La biomassa supportabile per un pianeta può essere informata da ipotesi sulla probabile biochimica e sugli habitat, che a loro volta informano indagini analogiche, di modellazione ed sperimentali per vincolare energia, nutrienti e substrato. La diversità funzionale della vita attualmente non ha una metrica equivalente accettata; la diversità tassonomica può essere un proxy utilizzabile, sebbene imperfetto, o altre misure come il numero di cicli nutritivi indipendenti possono essere sviluppate man mano che la modellazione degli ecosistemi continua ad avanzare. La vita sulla Terra è stata diffusa e diversificata a sufficienza da persistere attraverso una serie di eventi di estinzione di massa (colli di bottiglia), inclusi impatti asteroidali e glaciazioni globali, alcuni dei quali si sono verificati abbastanza presto nella sua storia. La Terra potrebbe persino non rappresentare una biosfera massimale (cioè, potrebbero esserci pianeti più abitabili della Terra). Questo fattore è quindi probabilmente alto per i pianeti simili alla Terra tra il suo stato Archeano e quello attuale. Per la moderna Venere, data la sua superficie inclemente ma la suggerita abitabilità delle nubi, abbiamo considerato che avesse un intervallo di 10⁻⁷ – 0.1.

Continuity (C)

I fattori da considerare nella stima di C includono:

• durata e stabilità stellare, come le espulsioni di massa coronale
• stabilità orbitale planetaria
• stabilità geologica planetaria, come il rimodellamento della superficie, il ciclo dei nutrienti a lungo termine o il vulcanismo che disturba il clima
• probabilità di eventi di impatto maggiori, che vanno da quelli che alterano il clima (ad esempio, Chicxulub) alla possibile perdita planetaria (ad esempio, Theia)
• storia e stabilità del clima planetario, come la fornitura, la disponibilità e la perdita di acqua (per una biochimica a base d’acqua)
• instabilità biogenica (causata dalla vita), come il catastrofico cambiamento nella chimica oceanica e minerale della Terra a seguito dell’accumulo di ossigeno dopo l’emergere della fotosintesi ossigenica

Alcuni di questi fattori sono relativamente ben compresi (durata stellare, orbite planetarie, probabilità di impatto). Altri sono aree di ricerca attiva in corso, principalmente modellistica informata da dati di laboratorio e sul campo. L’instabilità biogenica è la più difficile da catturare, poiché dipende da molte ipotesi su potenziali biochimiche, flussi di nutrienti e persino potenziali sviluppi tecnologici che a loro volta si basano su dinamiche di sistema complesse e scarsamente comprese. Un valore di 0 per C indica che c’è stato almeno un evento di estinzione totale tra il momento dell’evento di origine (incluso il breakout) e il momento valutato. Questo non è successo sulla Terra per quanto ne sappiamo, sebbene data l’estrema scarsità di dati sulla Terra primordiale, attualmente non c’è modo di distinguere se c’è stata una storia continua della vita, o se la vita sia sorta indipendentemente più volte o contemporaneamente sulla Terra primordiale ma solo un lignaggio sia sopravvissuto fino a stabilirsi. Per la moderna Venere, data l’alta incertezza sulla sua storia dell’acqua e della superficie, abbiamo considerato che avesse un intervallo generoso di 0.1 – 1.

Conclusioni

L’originale Equazione della Vita di Venere è adattabile a un quadro per guidare la discussione sulla probabilità passata, presente e futura di vita su un dato pianeta. Analizzare i sottofattori di ogni termine può essere ulteriormente utile per identificare e priorizzare le aree di ricerca. Due delle principali sfide all’espansione della VLE in un’Equazione della Vita Planetaria più generale sono l’attuale mancanza di metriche quantitative per la robustezza della biosfera e la mancanza di un quadro generale per qualificare la stabilità climatica planetaria nel tempo. I ricercatori sono ansiosi di affrontare queste e altre sfide e di ricevere input e feedback dalla comunità di astrobiologia.

PER APPROFONDIRE: L‘autrice principale della ricerca è Diana Gentry, direttore del Laboratorio di Aerobiologia dell’Ames Research Center della NASA.

Stefano Camilloni