![La fi gura mostra l'esistenza di microsferule variamente aggregate nei sedimenti marziani, che richiamano le strutture delle microbialiti terrestri (immagini a colori). In alto a sinistra, un fi lm ialino costituito da tante microsferule aggregate "a ciambella"; in alto a destra, fasci delle stesse strutture che in alcuni casi generano lamine; in basso, assetti a fi lamenti e fi lamenti intrecciati di microsferule, che talora assumono l'aspetto di ammassi caotici, dando luogo a tessiture peculiari (note anche nelle microbialiti di tipo "trombolitico"). Vedi V. Rizzo et al, 2011, [4]. I ritagli a colori si riferiscono a microbialiti viventi, provenienti dal deserto di Atacama (immagini selezionate da macrofotografi e fornite da Maria Eugenia Farias, CONICET, Cile e oggetto di una pubblicazione in corso di stampa: V. Rizzo, M.E. Farias , N. Cantasano , D. Billi, M. Contreras , F. Pontenani and G. Bianciardi, Structures/textures of living/fossil microbialites and their implications in biogenicity, an astrobiological point of view ,Applied Cell Biology, in press).](https://www.researchgate.net/profile/Giorgio-Bianciardi/publication/283676375/figure/fig4/AS:669709380890644@1536682567795/Figura-2-La-fi-gura-mostra-lesistenza-di-microsferule-variamente-aggregate-nei_Q320.jpg)
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26 ASTRONOMIA n. 5 • settembre-ottobre 2015
Ricerca
G. Bianciardi (1,*),
V. Rizzo (2,*),
N. Cantasano (3)
1) Dipartimento di Biotecnologie
mediche, Università di Siena, Siena
2) CNR (retired), Via Repaci 22
Rende, Cosenza, Italy
3) CNR, IISAFOM, Unità di Rende,
Cosenza, Italy
Abstract
We performed a quantitative image analysis to compare microstructures of microbialites with the images
photographed by the Rover Opportunity (25,000/15,000 microstructures, Earth/Mars). Terrestrial and
Martian textures present a multifractal aspect. Mean values and confi dence intervals from the Martian
images overlapped perfectly with those from the terrestrial samples (p<0.004). Terrestrial abiogenic
pseudostromatolites showed a simple fractal structure and different morphometric values with a less
ordered texture (p<0.001). Our work shows the presumptive evidence of microbialites in the Martian
outcroppings: the presence of unicellular life widespread on the ancient Mars.
Vita in Meridiani Planum,
Marte
Life in Meridiani Planum, Mars
Introduzione
Da più di 10 anni il Rover marziano Oppor-
tunity esplora la super cie di Meridiani Planum
[1], una regione estesa nella fascia subequatoriale
del pianeta rosso, nel cui sottosuolo Mars Odyssey
dallo spazio ha identi cato grandi quantità di
ghiaccio d’acqua. Opportunity ha rilevato evi-
denze testimonianti che nel lontano passato di
Marte l’acqua scorreva, sulla super cie del Pia-
neta Rosso: morfologie di costoni di roccia che
danno immagini chiare e indubitabili di morfo-
logie elaborate della presenza di acqua allo stato
liquido [2]. Vennero anche evidenziate la presenza
di piccole rocce rotondeggianti (grandi da pochi
millimetri a svariati centimetri) che assomigliava-
no ai cosiddetti “mirtilli” o “blueberries”: strutture
di pietra, ematite (ossidi di ferro), la cui presenza
confermava ancora una volta la presenza di acqua
allo stato liquido nel lontano passato di Marte
ma secondo altri Autori anche possibili indizi
per una possibile vita microbica. In particolare,
nel 2009 [3], due Ricercatori italiani del CNR,
Vincenzo Rizzo, geologo, e Nicola Cantasano,
algologo, sottolineavano come le caratteristiche
morfologie potevano far supporre una loro genesi
di tipo biologico, forse da cianobatteri (una volta
classi cate come Ciano te). Ipotesi basata sulla
osservazione di microsferule aventi dimensioni di
0.1-0.3mm e variamente organizzate, all’interno
degli stessi mirtilli ( g.1, sx). Tale organizzazione
spiegherebbe le curiose forme assunte dai corpi
mineralici, prodotti dalla attività delle colonie
batteriche poste al loro interno ( g. 1, dx), mi-
liardi di anni or sono, quando si formarono in
presenza di acqua.
Un successivo Lavoro dei due Ricercatori nel
2011 [4] approfondiva lo studio delle relazioni e
delle similitudini tra le stromatoliti terrestri (se-
crezioni di alghe microscopiche che costruiscono
caratteristici tappeti calcarei, quindi strutture mi-
nerali biocostruite, [5,6]) ed i depositi laminati di
Meridiani Planum, trovando che anche le lamine
dei sedimenti circostanti, e non solo le “blueberry”,
mostravano la presenza delle medesime microsfe-
rule, aggregate in ciambelle, lamine e lamenti
di microsferule, talora disposti in modo del tutto
caotico a somigliare a dei vermicelli intrecciati
( g. 2), che secondo gli Autori ricordavano ancora
una volta sedimenti di origine batterica, de niti
in senso generale tromatoliti (nelle parti a micro-
struttura caotica, di tipo microbialiti) [7], di cui
le stromatoliti, con le loro caratteristiche meso-
strutture laminate, sono uno dei possibili aspetti.
Nel presente Lavoro abbiamo analizzato con
metodiche di tipo frattale (G.B.) immagini di mi-
crobialiti terrestri V.R.), fotografate presso i Musei
di Scienze Naturali di Torino e Milano o reperite
su Internet (per un elenco esaustivo dei cam-
pioni utilizzati e dei siti vedi [8], con immagini
selezionate (V.R.) riprese su Marte dal Rover Op-
portunity, riportate alla stessa scala, risoluzione
e acutanza (fig. 3).
Materiale e metodi
Ventitre immagini selezionate fotografate
dal Rover Opportunity mediante ATHENA
*G.B e V.R hanno ugualmente
contribuito al presente Lavoro
27ASTRONOMIA Unione Astrofi li Italiani>www.uai.it
RicercaG. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
Figura 1 (sx). I cosiddetti mirtilli (da qualche mm a qualche cm in dimensione), simili alle moqui terrestri, dove i batteri hanno svolto un’azione fondamentale
(immagine colorata in basso nei riquadri in alto). Si noti la somiglianza anche con colonie viventi di cianobatteri, sia per la forma polisferica che per la struttura
concentrica (immagine colorata più in alto). Si tratta, sia sulla Terra che su Marte, di forme polisferule (costituita da microsferule più piccole, indicate con Ri,
aggregate un nuclei SBB, a sviluppo irregolare), il cui aspetto dipende dalla modalità di sviluppo della struttura interna. La gura nei riquadri sottostanti mo stra
mirtilli marziani con strutture diverse: concentriche; avvolte, con tendenza a spirale; eccentriche, talora generanti, a seguito dello sviluppo irregolare di SBB,
forme esterne polisferiche. Dal diverso modo con cui si sviluppa la crescita delle polisferule Ri e delle strutture composte SBB si ottengono mirtilli a struttura
eccentrica, avvolta, o concentrica; (dx): Forme peculiari presenti tra i “mirtilli” fotografate da Opportunity in Meridiani Planum: una rassegna di possibili forme di
vita fossile (frecce bianche), e di sostanze semitrasparenti che sembrerebbero attuali (frecce trasparenti), in quanto addossati a corpi erosi e poggiati al suolo,
di recente deposizione. Le barrette metriche corrispondono ad 1 mm. Vedi, V. Rizzo et al, 2009, [3].
[2] e 45 immagini di stromatoliti terrestri, fotografate presso
i Musei di Scienze Naturali di Milano e Torino o prelevate dalla
oRete [8] riportate allo stesso ingrandimento, risoluzione e
acutanza delle immagini marziane, furono utilizzate per
paragonare le immagini biologiche terrestri e le immagini
marziane. Dieci campioni di false (pseudo)stromatoliti, strutture
minerali abiologiche che mimano le forme delle stromatoliti per
sequenze mm-laminate, presenti in natura o in esperimenti di
laboratorio (alabastro, ametista, calcedonio, malachite, stalattite
e da una pseudostromatolite sintetica [9] furono analizzate con
le stesse metodiche dei campioni di microbialiti terrestri o delle
immagini marziane.
Mediante un Canny-edge l t er ( D igital I m age M a gni er
software di Strikos Nikolaos:
http://www.softoxi.com/digital-
image-magni er.html
) f u rono o t tenute i n m o do a u tomatico
le microstrutture presenti nelle immagini, per un totale di circa
25000 microstrutture terrestri e 15 000 microstrutture marziane,
che furono sottoposte ad analisi frattale.
L’analisi frattale fu effettuata per determinare: la comples-
sità [10], a bassa e grande scala, delle immagini e l’entropia
[11], ovvero la quantità di informazione, delle immagini a
bassa e grande scala (scale: 0.05 – 2 mm / 5-200 pixel).
mediante la metodica del box-counting (Benoit 1.3
softwa-
re
, (TruSoft Int’l Inc: http://trusoft-international.com/benoit.
html); la complessità algoritimica [12], o
randomness
, ovvero
28 ASTRONOMIA n. 5 • settembre-ottobre 2015
Ricerca G. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
il grado di casualità presente nelle immagini,
valutata mediante Chaos
Data
Analyzer (CDA
Pro, Academic Software Library, North Carolina
State University, USA) dopo aver effettuato una
vettorializzazione delle immagini; la tortuosità,
o Dmin, o Fractal Dimension of the Minimum
Path [13], ovvero la sinuosità delle microfor-
me vermicellari evidenziate dal ltro Canny;
le loro dimensioni minime e massime. Per una
trattazione ulteriore per la determinazione dei
parametri frattali in questi campioni si rimanda
alla bibliogra a degli Autori [8]. Furono anche
determinati i diametri, massimo e minimo, me-
diante procedura automatica (Image Pro Plus
software, Media Cybernetics, USA).
L’analisi statistica fu effettuata mediante
Figura 2. La gura mostra
l’esistenza di microsferule
variamente aggregate nei sedimenti
marziani, che richiamano le
strutture delle microbialiti terrestri
(immagini a colori). In alto a
sinistra, un lm ialino costituito
da tante microsferule aggregate
“a ciambella”; in alto a destra,
fasci delle stesse strutture che
in alcuni casi generano lamine;
in basso, assetti a lamenti e
lamenti intrecciati di microsferule,
che talora assumono l’aspetto di
ammassi caotici, dando luogo a
tessiture peculiari (note anche nelle
microbialiti di tipo “trombolitico”).
Vedi V. Rizzo et al, 2011, [4] . I ritagli
a colori si riferiscono a microbialiti
viventi, provenienti dal deserto di
Atacama (immagini selezionate da
macrofotogra e fornite da Maria
Eugenia Farias, CONICET, Cile e
oggetto di una pubblicazione in
corso di stampa: V. Rizzo, M.E.
Farias , N. Cantasano , D. Billi,
M. Contreras , F. Pontenani and
G. Bianciardi, Structures/textures
of living/fossil microbialites and
their implications in biogenicity, an
astrobiological point of view ,Applied
Cell Biology, in press).
29ASTRONOMIA Unione Astrofi li Italiani>www.uai.it
RicercaG. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
la regressione lineare (t-test), per determinare la linearità dei
gra ci log-log e quindi la plausibilità dell’applicazione della
metodologia frattale, del Mann-Whitney U tests e dell’analisi
del chi quadro per confrontare i valori morfometrici ottenuti
dalle microforme terrestri e marziane. La variazione intra- e
inter-osservatore della metodica morfometrica utilizzata risultò
rispettivamente < 2% e < 3%, rispettivamente
.
Risultati
Le microstrutture presenti nelle immagini di microbialiti (un
termine ampio che si usa per indicare tutte le strutture microbi-
che, incluse le stromatoliti) terrestri e nelle immagini ottenute dal
Rover Opportunity in Meridiani Planum, evidenziate con ltro
automatico Canny-edge, hanno mostrato all’analisi una struttura
multifrattale ( g. 4). Le immagini dei campioni di pseudostromato-
liti mostrarono una struttura frattale, e non multifrattale ( gura 5).
Figura 3. Terra vs. Marte.
Microstrutture evidenziate
su microbialiti terrestri (una
stromatolite recente proveniente
dal Brasile, Lagoa Salgada, alto) e
su Marte (basso). In ambedue si
vedono microstrutture costituite da
microsferule aggregate in caotici
lamenti intrecciati. L’immagine
terrestre è stata in grandita e
sfuocata così da ottenere la
stessa risoluzione, acutanza e
ingrandimento delle immagini
microscopiche scattate dal rover
marziano Opportunity. Queste
strutture vermicellari, lamenti di
microsferule, sono state sottoposte
all’analisi frattale. V. Bianciardi et al.,
IJASS, dicembre 2014, [8].
30 ASTRONOMIA n. 5 • settembre-ottobre 2015
Ricerca G. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
Figura 4. Il gra co log-log tra il numero di quadrati che contengono almeno un punto della gura e la dimensione dei quadrati identi ca la dimensione frattale
o complessità geometrica della gura, ovvero l’esponente della retta log-log (pendenza della retta). Sia le microbialiti terrestri (sx) che le immagini ottenute dagli
af oramenti marziani (dx) presentano una struttura multifrattale (due rette in ogni gra co), si noti anche come gli esponenti delle rette siano estremamente
simili tra loro (Terra vs. Marte). Scale: 0.05 – 2 mm (5-200 pixel).
Terra Marte
31ASTRONOMIA Unione Astrofi li Italiani>www.uai.it
RicercaG. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
Figura 5. Il gra co log-log tra il numero di quadrati che contengono almeno un punto della gura e la dimensione dei quadrati identi ca la dimensione frattale
o complessità geometrica della gura, ovvero l’esponente della retta log-log (pendenza della retta). Sia in una pseudostromatolite abiologica (sx, stalattite) che
in una pseudostromatolite sintetica (dx), la struttura risulta frattale ma non multifrattale (un’unica retta log-log è presente), si noti anche come gli esponenti
delle rette siano diversi da quelli delle microbialiti o dalle immagini marziane ( g.4). Scale: 0.05 – 2 mm (5-200 pixel).
Pseudostromatoliti
32 ASTRONOMIA n. 5 • settembre-ottobre 2015
Ricerca G. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
Tutti i parametri delle forme evidenziate a 10 ingran-
dimenti sulla Terra e su Marte (40 000 microstrutture ana-
lizzate) si sovrapponevano in modo pressocchè perfetto,
con altissima signi catività statistica, p<0.004, mentre le
pseudostromatoliti abiologiche mostravano indici del tutto
diversi, vedi tabella 1.
Microbialiti Campioni marziani Pseudostromatoliti
Complessità geometrica, alta e bassa scala 1.82 (0.02)
1.48 (0.07)
1.81 (0.02)
1.48 (0.07)
1.90 (0.03) **
Entropia.
alta e bassa scala
1.88 (0.01)
1.42 (0.05)
1.87 (0.01)
1.44 (0.05)
1.92 (0.03)**
Complessità algoritimica 0.458 (0.045) 0.468 (0.042) 0.670 (0.13)***
Tortuosità 0.78 (0.01) 0.77 (0.01) 0.84 (0.06)**
Diametro maggiore (mm) 0.077 (0.002) 0.078 (0.002)
Diametro minore (mm) 0.2066 (0.003) 0.2068 (0.003)
P n.s. (coincidenza, p<0.004) ***p<0.001, **p<0.01
Tabella 1. I valori morfometrici delle microstrutture evidenziate nelle microbialiti terrestri e nelle immagini degli af oramenti marziani risultano estremamente
simili, la probabilità che questo sia dovuto al caso è p<0.001 (signi catività della coincidenza). I valori ottenuti dalle pseudostromatoliti abiologiche (alcuni
campi risultano vuoti in quanto non era possibile valutarli a causa della struttura frattale semplice-stessa complessità statistica al variare della scala, per tutte
le scale analizzate- mostrati da questi campioni) sono statisticamente differenti sia da quelli ottenuti nelle microbialiti che nelle microstrutture marziane.
Media (deviazione standard).
Discussione
La ricerca della vita su Marte è la principale motivazione
dietro ai programmi di ricerca di esplorazione marziana. Già
dai tempi del Mariner 9 [14] apparvero evidenze di un passato
marziano con presenza di acqua liquida, dato che fu confermato
più recentemente dal Mars Observer Camera [15] e dal Mars
Reconnaissance Orbiter [16]. Il Mars Exploration Rover, Oppor-
tunity, ha portato ulteriore evidenza di una super cie modellata
da fenomeni uviali [1,2].
Acqua allo stato liquido non vuol dire vita, anche se questa
è un prerequisito indipensabile per la vita. Possiamo comunque
ricordare come negli ultimi 20 anni evidenze per una possibile
vita marziana nell’antico Marte non sono mancate (il metorite
ALH84001, [17]) così come nel presente Marte (analisi frattale
dei gas rilasciati nell’esperimento biologico Labeled Release dei
Viking, [18]).
In due Lavori dei Ricercatori del CNR, Rizzo e Cantasano [3,4]
veniva ipotizzata la possibile presenza di stromatoliti, o altre
microbialiti, nei sedimenti fotografati dal Rover Opportunity.
In questo Lavoro abbiamo intrapreso un preciso approccio
morfometrico alle immagini degli af oramenti marziani foto-
grafati con la camera ATHENA dal Rover Opportunity in Me-
ridiani Planum. I risultati qui presentati mostrano una perfetta
sovrapposizione tra le microstrutture lamentose presenti nelle
microbiali terrestri di sicura origine biologica e quelle evidenti
nelle foto scattate da Opportunity, confermato dall’analisi stati-
stica (p<0.004, 40 000 microstrutture analizzate). Inoltre, mentre
ambedue presentavano una chiara struttura multifrattale e del
tutto coincidente, le analisi morfometriche effettuate su campioni di
pseudostromatoliti (abiologiche) mostravano valori del tutto
differenti, semplicemente frattali (la struttura si ripete pedissequa-
mente in modo statistico al cambiamento di scala) e con chiari
indici di una struttura più disordinata.
Possiamo ricordare che un approccio morfometrico effettuato da
Wagstaff e Corsetti [19], alla ricerca di presenza di stromatoliti nei
sedimenti fotografati da Opportunity, dette risultati negativi, ma è
da sottolineare lo scarso numero di immagini utilizzate
(quattro!) e la diversa scala di studio analizzato (macroscopico e
non micro-mesoscopico come nel presente Lavoro). Possiamo
anche citare il recente Lavoro di Nora Noffke che, ad un analisi
morfologica, propone la presenza di microbialiti nei sedimenti
fotografati dal Rover Curiosity [20], presentato lo stesso mese
(dicembre 2014) della pubblicazione di questo Lavoro nella sua
versione inglese [8].
Evidenze stanno rafforzandosi per la presenza di forme di vita su
Marte, passata ma forse anche attuale. Evidenze ormai del tutto
stringenti, che aspetteranno defi nitiva conferma forse solo quando
saranno organizzate spedizioni umane verso il Pianeta Rosso.
Relazione presentata al 48° Congresso UAI, 2015
33ASTRONOMIA Unione Astrofi li Italiani>www.uai.it
RicercaG. Bianciardi, V. Rizzo, N. Cantasano
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NOTA. Il presente Lavoro è una versione italiana, ridotta, di quanto
recentemente apparso sull’ International Journal of Aeronautical and
Space Sciences, il 30 dicembre 2014: “Opportunity Rover’s image
analysis: Microbialites on Mars?”, Bianciardi, Rizzo, Cantasano. Il
testo può essere liberamente scaricato dalla pagina: http://ijass.org/
PublishedPaper/year_abstract.asp?idx=474
Curato da Gianluca Ranzini, ecco un
bel libretto sul tema “vita nell’Universo”.
Dal legame imprescindibile tra la nascita
della vita sulla Terra e il Cosmo, alla
ricerca della vita extraterrestre con gli
strumenti attuali e di un futuro prossi-
mo. E se lo presentiamo in questo nume-
ro è perché molto si parla di Marte. Dalle
fantasie dei primi studiosi del pianeta
rosso alla terraformazione del pianeta.
Si parla anche di UFO... ma Gianluca è
a prova di certe fantasie metropolitane,
parlare di UFO per far capire che non
esistono. La vita ci sarà là fuori, maga-
ri in forma semplice anche qui vicino,
Marte, altrimenti molto più lontano, ma
è da cercare con solidi metodi scienti ci
non con miti moderni.
Giorgio Bianciardi
Gianluca Ranzini
FocusExtra, n.65
Gruner+Jahr/Mondadori SpA
5,90 Euro
Recensione
