Марсианската сонда Curiosity вижда силен въглероден подпис в скалното легло – може да показва биологична активност

Въглеродът е от решаващо значение за живота, доколкото знаем. Така че всеки път, когато открием силен въглероден отпечатък някъде като Марс, това може да показва биологична активност.

Силният въглероден сигнал в марсианските скали показва ли някакви биологични процеси?

Всеки силен въглероден сигнал е интересен, когато търсите живот. Това е общ компонент на целия живот, какъвто го познаваме. Но има различни видове въглерод и въглеродът може да се концентрира в околната среда по други причини. Това не означава автоматично, че животът участва във въглеродния отпечатък.

Въглеродните атоми винаги имат шест протона, но броят на неутроните може да варира. Въглеродните атоми с различен брой неутрони се наричат ​​изотопи. В природата съществуват три изотопа на въглерода: C12 и C13, които са стабилни изотопи, и C14, които са радионуклиди. C12 съдържа шест неутрона, C13 съдържа седем неутрона, а C14 съдържа осем неутрона.

Когато става въпрос за въглеродни изотопи, животът предпочита C12. Те го използват за фотосинтеза или за метаболизиране на храната. Причината е сравнително проста. C12 има един неутрон по-малко от C13, което означава, че когато се свързва с други атоми в молекулите, той прави по-малко връзки от C13 в същата позиция. Животът е основно мързелив и винаги ще се стремите към най-лесния начин да правите нещата. C12 е по-лесен за използване, защото образува по-малко връзки от C13. По-лесно е да стигнете до C13 и животът никога не поема по трудния път, когато има по-лесен начин.

Любопитството работи усилено в кратера Гейл на Марс, търсейки признаци на живот. Той изкопава скалите, извлича пулверизирана проба и я поставя в бордовата химическа лаборатория. Лабораторията на Curiosity се нарича SAM, което означава Анализ на пробата на Марс. Вътре в SAM роувърът използва пиролиза за изпичане на пробата и превръщане на въглерода в скалата в метан. Пиролизата се извършва в инертен хелиев поток, за да се предотврати всяко замърсяване в процеса. След това изследва газа с инструмент, наречен регулируем лазерен спектрометър За да разберете въглеродните изотопи, присъстващи в метана.

Инструментът за анализ на проби на Марс се нарича SAM. SAM се състои от три различни инструмента, които търсят и измерват органични химикали и светлинни елементи, които са потенциално важни компоненти на живота. Кредит: NASA/JPL-Caltech

Екипът зад системата SAM Curiosity разгледа 24 скални проби в този процес и наскоро откри нещо, което заслужава внимание. Шест от пробите показват повишени нива на C12 до C13. В сравнение със земния референтен стандарт за съотношения C12/C13, пробите от тези шест места съдържат повече от 70 части на хиляда от C12. На Земята 98,93% от въглерода е C12 Земята, а C13 съставлява останалите 1,07%.

Ново проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), представя резултатите. Заглавието му еСъстави на изчерпани въглеродни изотопи са наблюдавани в кратера Гейл, Марс.Водещият автор е Кристофър Хаус, учен по любопитство от Penn State University.

Това е вълнуващо откритие и ако тези резултати бъдат получени на Земята, те биха показали, че биологичен процес произвежда изобилие от C12.

На древната Земя пелагичните бактерии произвеждат метан като страничен продукт. Те се наричат метаногени, които са прокариоти от домейна Archaea. Метаногените се намират и днес на Земята, във влажни зони с ниско съдържание на кислород, в храносмилателния тракт на преживните животни и в сурови условия като горещи извори.

Тези бактерии произвеждат метан, който навлиза в атмосферата и реагира с ултравиолетова светлина. Тези взаимодействия произвеждат по-сложни молекули, които падат на повърхността на Земята. Те са запазени в земните скали заедно с техните въглеродни отпечатъци. Същото нещо може да се е случило на Марс и ако се е случило, това може да обясни откритията на Curiosity.

Но това е Марс. Ако историята на търсенето на живот на Марс ни казва нещо, това не е, че трябва да изпреварваме себе си.

„Откриваме интересни неща на Марс, но наистина се нуждаем от повече доказателства, за да кажем, че сме идентифицирали живота“, каза Пол Махафи, бивш главен изследовател, анализиращ пробите на Curiosity в лабораторията на Марс. „Така че ние търсим какво би могло да бъде причината за въглеродния подпис, който виждаме, ако не живота.“

Curiosity засне тази 360-градусова панорамна снимка на 9 август 2018 г. на хребета Вера Рубин. Източник: НАСА / JPL-Caltech / MSSS

В своя документ авторите пишат: „Има множество правдоподобни обяснения за тези, които са необичайно изчерпани ¹³С се наблюдава в развиващия се метан, но нито едно обяснение не може да бъде прието без допълнителни изследвания. „

Една от трудностите при разбирането на въглеродните отпечатъци като тези е така нареченото отклонение на земята. Повечето от това, което учените знаят за химията на атмосферата и свързаните с нея неща, се основава на Земята. Така че, когато става въпрос за новооткрития въглероден подпис на Марс, учените може да се затруднят да държат умовете си отворени за нови възможности, които може да не съществуват на Марс. Историята на търсенето на живот на Марс ни казва това.

Астробиологът на Goddard Дженифър Л. Айгенброд, която е участвала в изследването на въглерода, каза. Преди това Айгенброде ръководеше международен екип от учени от Curiosity в откриването на безброй органични молекули, съдържащи въглерод, на повърхността на Марс.

„Трябва да отворим умовете си и да мислим извън кутията и това прави този документ“, каза Айгенброд.

Изследователите цитират две небиологични обяснения за необичайния въглероден подпис в своя документ. Един от тях включва молекулярни облаци.

Хипотезата за молекулярния облак гласи, че нашата слънчева система е преминала през молекулен облак преди стотици милиони години. Това е рядко събитие, но се случва веднъж на всеки 100 милиона години, така че учените не могат да го изключат. Молекулните облаци са предимно молекулен водород, но някой може да е богат на по-лекия тип въглерод Curiosity, открит в кратера Гейл. Облакът може да е охладил Марс значително, причинявайки заледяване в този сценарий. Охлаждането и обледеняването не позволяваха на по-лекия въглерод в молекулярните облаци да се смеси с другия въглерод на Марс, създавайки отлагания на повишен въглероден диоксид. Документът посочва, че „топенето на ледниците по време на ледниковия период и ледът, който се отдръпва след това, трябва да оставят междузвездни прахови частици на геоморфологичната повърхност“.

Хипотезата отговаря, тъй като Curiosity е открил някои високи нива на C12 на върховете на хребетите – като хребета Вера Рубин – и други високи точки в кратера Гейл. Пробите са събрани от „…различни скали (глинест, пясък и пясъчник) и са били временно разпределени по време на операциите на мисията до момента“, се посочва в документа. Въпреки това, хипотезата за молекулярния облак е малко вероятна верига от събития.

Марсоходът Curiosity на НАСА вдига роботизираната си ръка с бормашината, насочена към небето, докато изследва хребета Вера Рубин в основата на планината Шарп вътре в кратера Гейл – на фона на отдалечен ръб на кратера. Тази мозайка на Navcam камера е зашита от необработени изображения, направени на Sol 1833, 2 октомври 2017 г., и е оцветена. Кредит: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.

Друга небиологична хипотеза включва ултравиолетовата светлина. Марсианската атмосфера съдържа повече от 95% въглероден диоксид и в този сценарий UV светлината може да реагира с газ въглероден диоксид в атмосферата на Марс, което води до нови частици, съдържащи въглерод. Частиците щяха да завалят на Марс и да станат част от скалите там. Тази хипотеза е подобна на това как метаногените индиректно произвеждат C12 на Земята, но е напълно абиотична.

„И трите обяснения отговарят на данните“, каза водещият автор Кристофър Хаус. „Просто имаме нужда от повече данни, за да ги изключим или изключим.“

Тази цифра от изследването изяснява трите хипотези, които биха могли да обяснят въглеродния подпис. Синьото показва биологично произведен метан от вътрешността на Марс, който утаява изчерпаната органична материя с 13 °C след фотолиза. Оранжевото показва фотохимични реакции чрез UV светлина, които могат да доведат до много атмосферни продукти, някои от които могат да се отлагат като органична материя с лесно разкъсани химически връзки. Грей показва хипотезата за молекулярния облак. Кредит: Хаус и др. 2022 г.

„На Земята процесите, които произвеждат въглеродния сигнал, който откриваме на Марс, са биологични процеси“, добави Хаус. „Трябва да разберем дали същото обяснение работи за Марс или има други обяснения, защото Марс е напълно различен.“

Приблизително половината от пробите на Curiosity съдържат неочаквано високи нива на C12. Не само, че е по-висока от пропорцията на Земята; Това е по-високо от това, което учените са открили в марсианските метеорити и марсианската атмосфера. Пробите идват от пет обекта в кратера Гейл и всички те имат едно общо нещо: имаха добре запазени древни покриви.

Както каза Пол Махафи, резултатите са „впечатляващо интригуващи“. Но учените все още научават за въглеродния цикъл на Марс, а ние все още не знаем много. Изкушаващо е да се правят предположения за въглеродния цикъл на Марс въз основа на въглеродния цикъл на Земята. Но въглеродът може да циркулира през Марс по начини, които все още не сме предполагали. Независимо дали този въглероден подпис в крайна сметка е знак за живот, все още е ценно знание, когато става въпрос за разбиране на въглеродния подпис на Марс.

„Определянето на въглеродния цикъл на Марс е абсолютно ключово, за да се опитаме да разберем как животът може да се впише в този цикъл“, казва Андрю Стийл, любопитен учен от Института Карнеги за наука във Вашингтон, окръг Колумбия. „Направихме това успешно на Земята, но тепърва започваме да дефинираме този цикъл за Марс.“

Но не е лесно да се направят заключения за Марс въз основа на въглеродния цикъл на Земята. Стийл обясни това, когато каза: „Има голяма част от въглеродния цикъл на Земята, който включва живот, и поради живота, има голяма част от въглеродния цикъл на Земята, която ние не разбираме, защото навсякъде, където погледнем, има живот „

Марсоходът Perseverance на НАСА търси признаци на древен живот на Марс в кратера Jezero. Резултатите от Curiosity биха могли да информират за дейностите за вземане на проби за постоянство. Кредит: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity все още работи на Марс и ще бъде за известно време. Значението на тези проби, заедно с по-доброто разбиране на въглеродния цикъл на Марс, е напред. Curiosity ще вземе повече проби от скали, за да измери концентрациите на въглеродни изотопи. Ще пробвате скали от други древни, добре запазени повърхности, за да видите дали резултатите са подобни. В идеалния случай той би срещнал друга метанова колона и би пробвал от нея, но тези събития са непредвидими и няма начин да се подготвим за такава.

Така или иначе, тези резултати ще помогнат при събирането на проби за постоянство в кратера Jezero. Постоянството може да потвърди подобни въглеродни сигнали и дори да определи дали те са биологични или не.

Perseverance също събира проби, за да се върне на Земята. Учените ще изследват тези проби по-активно, отколкото лабораторията на роувъра, така че кой знае какво ще научим.

Древният живот на Марс е примамлива възможност, но засега поне не е сигурно.

Първоначално публикувано в вселената днес.

За повече информация относно това изследване вижте:

Справка: „Състави на изчерпани въглеродни изотопи, наблюдавани в кратера Гейл, Марс“ от Кристофър Х. . Атриа, Дженифър Л. Айгенброд, Алексис Гилбърт, Ейми Е. Хофман, Маева Милан, Андрю Стийл, Даниел Б. Главин, Чарлз А. Малспин и Пол Р. Махафи, 17 януари 2022 г., Известия на Националната академия на науките.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119