Rover Mars Curiosity vidí v skalnom lôžku silný uhlíkový podpis – môže naznačovať biologickú aktivitu

Pokiaľ vieme, uhlík je životne dôležitý. Takže kedykoľvek zistíme silný uhlíkový podpis ako Mars, mohlo by to naznačovať biologickú aktivitu.

Naznačuje silný uhlíkový signál v marťanských horninách nejaký druh biologických procesov?

Akékoľvek silné uhlíkové znamenie je zložitejšie, keď hľadáte život. Je to bežný prvok vo všetkých formách života, o ktorých vieme. Existujú však rôzne typy uhlíka a uhlík sa môže koncentrovať v prostredí z iných dôvodov. To automaticky neznamená, že život je pokrytý uhlíkovými podpismi.

Atómy uhlíka majú vždy šesť protónov, ale počet neutrónov sa môže líšiť. Atómy uhlíka s rôznym počtom neutrónov sa nazývajú izotopy. Prirodzene sa vyskytujú tri izotopy uhlíka: C12 a C13, ktoré sú stabilné, a C14, rádionuklid. C12 má šesť neutrónov, C13 má sedem neutrónov a C14 má osem neutrónov.

Pokiaľ ide o izotopy uhlíka, život preferuje C12. Využívajú ho pri fotosyntéze alebo pri metabolizme potravy. Dôvod je pomerne jednoduchý. C12 má o jeden neutrón menej ako C13, čo znamená, že keď sa viaže s inými atómami v molekulách, vytvára menej spojení ako C13 v rovnakom stave. Život je v podstate lenivý a vždy si nájde ten najjednoduchší spôsob, ako veci robiť. C12 sa používa jednoduchšie, pretože tvorí menej väzieb ako C13. Získať ho je jednoduchšie ako C13 a život sa nikdy nevyberie ťažšou cestou, keď je k dispozícii jednoduchá cesta.

Rover Curiosity pracuje v kráteri Gale na Marse, aby hľadal známky života. Vŕta do skaly, extrahuje rozdrvenú vzorku a ukladá ju vo svojom palubnom chemickom laboratóriu. Laboratórium Curiosity sa nazýva SAM, čo znamená Analýza vzorky na Marse, Vo vnútri SAM používa rover pyrolýzu na pečenie vzorky a premenu uhlíka v hornine na metán. Pyrolýza sa vykonáva v prúde inertného hélia, aby sa zabránilo akejkoľvek kontaminácii v procese. Potom kontroluje plyn prístrojom tzv Laditeľný laserový spektrometer Ak chcete zistiť, aké sú izotopy uhlíka v metáne.

Analýza vzoriek na prístroji Mars sa nazýva SAM. SAM sa skladá z troch samostatných nástrojov, ktoré hľadajú a merajú organické chemikálie a svetelné prvky, ktoré sú potenciálne dôležité prvky spojené so životom. kredit: NASA/JPL-Caltech

Tím za Curiosity’s SAM sa týmto procesom pozrel na 24 vzoriek hornín a nedávno urobil niekoľko pozoruhodných objavov. Šesť vzoriek vykazovalo zvýšený pomer C12 k C13. V porovnaní so zemským referenčným štandardom pre pomery C12/C13 mali vzorky z týchto šiestich lokalít viac promile C12. Na Zemi je 98,93 % uhlíka C12 Zeme a C13 tvorí zvyšných 1,07 %.

Nová štúdia publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) prezentovala zistenia. Jeho názov je „Zloženie ochudobnených izotopov uhlíka pozorované v kráteri Gale na Marse.„Hlavným autorom je Christopher House, vedec Curiosity z Penn State University.

Toto je vzrušujúci objav a ak sa tieto výsledky získajú na Zemi, naznačovali by, že biologický proces vytvoril množstvo C12.

Na starovekej Zemi povrchové baktérie produkovali metán ako vedľajší produkt. volajú sa metanogénya sú to prokaryoty z domény Archaea. Metanogény sú na Zemi prítomné aj dnes, v anoxických mokradiach, v tráviacom trakte prežúvavcov a v extrémnych prostrediach, ako sú horúce pramene.

Tieto baktérie produkujú metán, ktorý vstupuje do atmosféry a interaguje s ultrafialovým svetlom. Tieto interakcie produkujú zložitejšie molekuly, ktoré pršia na zemský povrch. Sú spolu s ich uhlíkovými podpismi zachované v zemských horninách. To isté sa mohlo stať aj na Marse, a ak áno, mohlo by to zodpovedať za zistenia Curiosity.

Ale toto je Mars. Ak nám história hľadania života na Marse niečo hovorí, nie je to samo napredovanie.

Paul Mahafi, bývalý hlavný výskumník pre analýzu vzoriek Curiosity v laboratóriu na Marse, povedal: „Na Marse nachádzame veci, ktoré sú strašidelne zaujímavé, ale budeme potrebovať viac dôkazov, aby sme skutočne mohli povedať, že sme objavili život.“ „Takže sa pozeráme na to, čo iné by mohlo spôsobiť uhlíkový podpis, ktorý vidíme, ak nie život.“

Curiosity urobila túto 360-stupňovú panorámu nad hrebeňom Vera Rubin 9. augusta 2018. kredit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Autori vo svojom článku píšu, že „existuje niekoľko hodnoverných vysvetlení pre nepárny koniec“. ¹³Uvoľnený metán bol pozorovaný, ale bez ďalšieho výskumu nemožno prijať žiadne vysvetlenie.“

Jednou z ťažkostí pri pochopení takýchto uhlíkových podpisov je naša takzvaná zaujatosť Zeme. Všetko, čo vedci vedia o atmosférickej chémii a súvisiacich veciach, je založené na Zemi. Takže pokiaľ ide o tento novoobjavený uhlíkový podpis na Marse, pre vedcov môže byť náročné udržať svoju myseľ otvorenú novým možnostiam, ktoré na Marse nemusia existovať. To nám hovorí história hľadania života na Marse.

Goddardova astrobiologička Jennifer L. „Najťažšie je opustiť Zem a zbaviť sa zaujatosti, ktorú máme, a skutočne sa pokúsiť dostať do základov chémie, fyziky a environmentálnych procesov na Marse,“ povedal Eisenbrod. uhlíkové štúdie. Predtým Eisenbrod viedol medzinárodný tím vedcov z Curiosity pri hľadaní nespočetných organických molekúl – ktoré obsahujú uhlík – na povrchu Marsu.

„Musíme otvoriť svoju myseľ a myslieť mimo,“ povedal Eisenbrod, „a to je to, čo robí tento list.“

Výskumníci vysvetľujú dve nebiologické vysvetlenia nezvyčajného uhlíkového podpisu vo svojom dokumente. Jedna zahŕňa molekulárne oblaky.

Hypotéza molekulárneho oblaku tvrdí, že naša slnečná sústava prešla molekulárnym oblakom pred miliónmi rokov. Ide o zriedkavú udalosť, ale stane sa to približne raz za 100 miliónov rokov, takže vedci nemôžu zľaviť. Molekulárne oblaky sú primárne molekulárny vodík, ale môžu byť bohaté na typ ľahšieho uhlíka, ktorý objavila Curiosity v kráteri Gale. Oblak by Mars dramaticky ochladil, čo by v tomto scenári spôsobilo zaľadnenie. Chladenie a zaľadnenie by zabránili zmiešaniu ľahšieho uhlíka v molekulárnych oblakoch s iným uhlíkom z Marsu, čo by viedlo k pokročilým ložiskám C12. V článku sa uvádza, že „topenie ľadovcov počas ľadových období a po ústupe ľadu malo na ľadovcovom geomorfologickom povrchu zanechať častice medzihviezdneho prachu“.

Hypotéza sedí, pretože Curiosity našla určité zvýšené hladiny C12 na vrcholoch hrebeňov – ako sú vrcholy Vera Rubin Ridge – a ďalších vysokých bodoch v kráteri Gale. Vzorky „…boli odobraté z rôznych litológií (ílovec, piesok a pieskovec) a sú dočasne rozptýlené počas misií,“ píše sa v novinách. Napriek tomu je hypotéza molekulárneho oblaku nepravdepodobným reťazcom udalostí.

Rover Curiosity agentúry NASA zdvihne svoje robotické rameno, aby nasmeroval vrták, zatiaľ čo skúma Vera Rubin Ridge na úpätí Mount Sharp vo vnútri krátera Gale – na pozadí vzdialeného okraja krátera. Táto mozaika fotoaparátu Navcam Sol 1833 bola zošitá a vyfarbená zo surových obrázkov nasnímaných 2. októbra 2017. kredit: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo.

Ďalšia nebiologická hypotéza zahŕňa ultrafialové svetlo. Atmosféra Marsu je z viac ako 95 % tvorená oxidom uhličitým a v tomto scenári by UV svetlo interagovalo s plynným oxidom uhličitým v atmosfére Marsu za vzniku nových molekúl obsahujúcich uhlík. Molekuly mohli pršať na povrch Marsu a stať sa tam súčasťou horniny. Táto hypotéza je podobná spôsobu, akým metanogény nepriamo produkujú C12 na Zemi, ale je úplne abiotická.

„Všetky tri vysvetlenia zodpovedajú údajom,“ povedal hlavný autor Christopher House. „Potrebujeme len viac údajov, aby sme ich mohli zaviesť alebo vylúčiť.“

Tento obrázok zo štúdie ukazuje tri hypotézy, ktoré by mohli vysvetliť uhlíkový podpis. Modrou farbou je znázornený metán produkovaný biologicky z vnútra Marsu, čo vedie k ukladaniu organickej hmoty ochudobnenej o 13C po fotolýze. Oranžová ukazuje fotochemické reakcie prostredníctvom UV svetla, ktoré môžu viesť k rôznym atmosférickým produktom, z ktorých niektoré sa hromadia ako organická hmota s ľahko prerušiteľnými chemickými väzbami. Gray ukazuje hypotézu molekulárneho oblaku. kredit: House et al. 2022.

„Na Zemi sú procesy, ktoré produkujú uhlíkové signály, ktoré hľadáme na Marse, biologické,“ povedal House. „Musíme pochopiť, či rovnaké vysvetlenie funguje pre Mars, alebo či existujú iné vysvetlenia, pretože Mars je taký odlišný.“

Asi polovica vzoriek Curiosity mala neočakávane zvýšené hladiny C12. Nie sú len v nepomere k Zemi; Sú vyššie ako vedci v oblasti marťanských meteoritov a marťanskej atmosféry. Vzorky pochádzali z piatich miest v kráteri Gale a všetky miesta mali jedno spoločné: Majú nedotknuté, dobre zachované povrchy.

Ako povedal Paul Mahafi, zistenia sú „technicky zaujímavé“. Vedci sa však stále učia o uhlíkovom cykle Marsu a je toho veľa, o čom stále nevieme. Je lákavé robiť predpoklady o uhlíkovom cykle Marsu na základe uhlíkového cyklu Zeme. Uhlík však môže prechádzať Marsom spôsobmi, ktoré sme ešte ani nepredpovedali. Či je tento uhlíkový podpis znakom života alebo nie, je stále cenným vedomím, pokiaľ ide o pochopenie uhlíkového podpisu Marsu.

„Definovanie uhlíkového cyklu na Marse je absolútne nevyhnutné na to, aby sme sa pokúsili pochopiť, ako by sa do tohto cyklu mohol zaradiť život,“ povedal Andrew Steele, vedec Curiosity z Carnegieho inštitútu pre vedu vo Washingtone DC. Ale v skutočnosti sa to podarilo úspešne, ale práve začínam definovať tento cyklus pre Mars.“

Nie je však ľahké robiť závery o Marse na základe uhlíkového cyklu Zeme. Steele to objasnil, keď povedal: „Na Zemi je veľká časť uhlíkového cyklu, ktorý zahŕňa život, a kvôli životu existuje časť uhlíkového cyklu na Zemi, ktorej nerozumieme, pretože kamkoľvek sa pozrieme, tam je život.“

Rover Perseverance agentúry NASA hľadá známky dávneho života na Marse v kráteri Jezero. Výsledky Curiosity môžu informovať o vzorkovacích aktivitách persistencie. kredit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity na Marse stále funguje a ešte nejaký čas bude. Tieto vzorky majú ďalší význam pre lepšie pochopenie uhlíkového cyklu Marsu. Curiosity odoberie viac vzoriek horniny na meranie koncentrácie izotopov uhlíka. Bude odoberať vzorky horniny z iných dobre zachovaných starovekých povrchov, aby zistila, či sú výsledky podobné. V ideálnom prípade by narazila a odobrala vzorku iného oblaku metánu, ale tieto udalosti sú nepredvídateľné a nie je možné sa na ne pripraviť.

V každom prípade tieto výsledky pomôžu pri zhromažďovaní vzoriek Perseverance v kráteri Jezero. Perzistencia môže potvrdiť podobné uhlíkové signály a tiež určiť, či sú organické.

Persistence tiež zbiera vzorky na návrat na Zem. Vedci budú tieto vzorky študovať efektívnejšie ako v laboratóriu na palube roveru, takže ktovie, čo sa dozvieme.

Staroveký život na Marse je fascinujúca vyhliadka, no zatiaľ zostáva neistá.

pôvodne uverejnené dňa vesmír dnes,

Viac o tomto výskume nájdete na:

Referencia: Christopher H. House, Gregory M. Wong, Christopher R. Webster, Gregory J. Flesh, Heather B. Franz, Jennifer C. „Zloženie izotopov uhlíka pozorované v kráteri Gale, Mars“ od Sterna, Alexa Pavlova, Sushila. Atreya, Jennifer L. Eisenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Mawa Milne, Andrew Steele, Daniel P. Glavin, Charles A. Malespin a Paul R. Mahafi, 17. januára 2022, Zborník Národnej akadémie vied,
DOI: 10.1073/pnas.2115651119