Kiek mes žinome, anglis yra gyvybiškai svarbi. Taigi kiekvieną kartą, kai aptinkame stiprų anglies ženklą kur nors, pavyzdžiui, Marse, tai gali reikšti biologinį aktyvumą.

Ar stiprus anglies signalas Marso uolienose rodo tam tikro tipo biologinius procesus?

Bet koks stiprus anglies signalas yra intriguojantis, kai ieškote gyvybės. Tai bendras elementas visose mums žinomose gyvybės formose. Tačiau yra įvairių anglies rūšių, o anglis gali susikaupti aplinkoje dėl kitų priežasčių. Tai automatiškai nereiškia, kad gyvybė yra susijusi su anglies junginiais.

Anglies atomai visada turi šešis protonus, tačiau neutronų skaičius gali skirtis. Anglies atomai, turintys skirtingą neutronų skaičių, vadinami izotopais. Gamtoje atsiranda trys anglies izotopai: C12 ir C13, kurie yra stabilūs, ir C14, radionuklidas. C12 turi šešis neutronus, C13 – septynis neutronus, o C14 – aštuonis neutronus.

Kalbant apie anglies izotopus, gyvenimas teikia pirmenybę C12. Jie naudoja jį fotosintezei arba maisto metabolizmui. Priežastis gana paprasta. C12 turi vienu mažiau neutronų nei C13, o tai reiškia, kad kai jis jungiasi su kitais atomais į molekules, jis sukuria mažiau jungčių nei C13 toje pačioje situacijoje. Gyvenimas iš esmės yra tingus ir visada ieškos lengviausio būdo ką nors padaryti. C12 yra lengviau naudoti, nes jis sudaro mažiau ryšių nei C13. Lengviau pasiekti C13, o gyvenimas niekada nenusileidžia sunkiausiu keliu, kai yra lengvesnis būdas.

Marsaeigis „Curiosity“ sunkiai dirba Marso Geilo krateryje, ieškodamas gyvybės ženklų. Jis gręžia uolieną, išgauna susmulkintą mėginį ir įdeda į savo borto chemijos laboratoriją. „Curiosity“ laboratorija vadinama SAM, kuri reiškia Mėginio analizė Marse. SAM viduje roveris naudoja pirolizę, kad iškeptų mėginį ir paverstų uolienoje esančią anglį metanu. Pirolizė atliekama inertinio helio sraute, kad būtų išvengta bet kokio užteršimo proceso metu. Tada jis zonduoja dujas prietaisu, pavadintu ” Derinamas lazerinis spektrometras išsiaiškinti, kokie anglies izotopai yra metane.

Mėginių analizė Marse įrankis vadinamas SAM. SAM sudaro trys skirtingi instrumentai, kurie ieško ir matuoja organines chemines medžiagas ir lengvuosius elementus, kurie yra svarbūs ingredientai, kurie gali būti susiję su gyvybe. Autoriai: NASA/JPL-Caltech

„Curiosity“ SAM komanda ištyrė 24 uolienų pavyzdžius, atlikusi šį procesą, ir neseniai atrado kažką verto dėmesio. Šešiuose mėginiuose buvo padidėjęs C12 ir C13 santykis. Palyginti su Žemėje esančiu etaloniniu C12/C13 santykio standartu, šių šešių vietų mėginiuose C12 buvo daugiau nei 70 promilių. Žemėje 98,93% anglies yra C12 Žemė, o C13 sudaro likusius 1,07%.

Naujas tyrimas, paskelbtas Nacionalinės mokslų akademijos darbuose (PNAS), pristatė išvadas. Jo pavadinimas yra „Išeikvotos anglies izotopų kompozicijos, pastebėtos Gale krateryje, Marse.Pagrindinis autorius yra Christopher House, „Curiosity“ mokslininkas iš Penn State universiteto.

Tai jaudinantis atradimas, ir jei šie rezultatai būtų gauti Žemėje, jie reikštų, kad biologinis procesas sukėlė C12 gausą.

Senovės Žemėje paviršiaus bakterijos gamino metaną kaip šalutinį produktą. Jie vadinami metanogenai, ir jie yra prokariotai iš Archaea domeno. Metanogenų vis dar yra Žemėje, bevandenėse šlapžemėse, atrajotojų virškinimo trakte ir ekstremaliose aplinkose, tokiose kaip karštosios versmės.

Šios bakterijos gamina metaną, kuris patenka į atmosferą, sąveikaudamas su ultravioletine šviesa. Dėl šių sąveikų susidaro sudėtingesnės molekulės, kurios nukrito ant Žemės paviršiaus. Jie yra išsaugoti Žemės uolienose kartu su anglies ženklais. Tas pats galėjo nutikti ir Marse, o jei taip nutiktų, tai galėtų būti „Curiosity“ išvadų priežastis.

Bet tai kovo mėn. Jei gyvybės paieškų Marse istorija mums ką nors pasako, tai nereikia aplenkti savęs.

„Marse randame nepaprastai įdomių dalykų, bet mums tikrai reikėtų daugiau įrodymų, kad galėtume pasakyti, kad identifikavome gyvybę“, – sakė buvęs vyriausiasis „Curiosity“ mėginių analizės Marso laboratorijoje tyrėjas Paulas Mahaffy. „Taigi mes ieškome, kas dar galėjo sukelti mūsų matomą anglies ženklą, jei ne gyvybė.

„Curiosity“ šią 360 laipsnių panoramą padarė 2018 m. rugpjūčio 9 d., Vera Rubin Ridge. Autoriai: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Savo darbe autoriai rašo: „Yra daug pagrįstų paaiškinimų, kodėl anomaliai išeikvota ¹³C pastebėtas išsivysčiusiame metane, tačiau be tolesnių tyrimų negalima priimti vieno paaiškinimo.

Vienas iš sunkumų suprantant anglies dioksido požymius, kaip šis, yra mūsų vadinamasis Žemės šališkumas. Didžioji dalis to, ką mokslininkai žino apie atmosferos chemiją ir susijusius dalykus, yra pagrįsta Žeme. Taigi, kalbant apie šį naujai Marse aptiktą anglies ženklą, mokslininkams gali būti sudėtinga išlaikyti savo mintis atvirą naujoms galimybėms, kurių Marse gali ir nebūti. Tai pasakoja gyvybės paieškų Marse istorija.

„Sunkiausias dalykas yra paleisti Žemę ir paleisti tą šališkumą, kurį turime, ir iš tikrųjų stengtis įsigilinti į chemijos, fizikos ir aplinkos procesų Marse pagrindus“, – sakė Goddardo astrobiologė Jennifer L. Eigenbrode, dalyvavusi anglies dioksido tyrimas. Anksčiau Eigenbrode’as vadovavo tarptautinei „Curiosity“ mokslininkų grupei, kuri aptiko daugybę organinių molekulių, kurių sudėtyje yra anglies, Marso paviršiuje.

„Turime atverti savo protus ir mąstyti už langelio ribų“, – sakė Eigenbrode, „ir tai daro šis dokumentas“.

Tyrėjai savo darbe atkreipia dėmesį į du nebiologinius neįprasto anglies parašo paaiškinimus. Vienas iš jų apima molekulinius debesis.

Molekulinių debesų hipotezė teigia, kad mūsų Saulės sistema praėjo per molekulinį debesį prieš šimtus milijonų metų. Tai retas įvykis, tačiau tai nutinka maždaug kartą per 100 milijonų metų, todėl mokslininkai negali to atmesti. Molekuliniai debesys pirmiausia yra molekulinis vandenilis, tačiau juose galėjo būti daug lengvesnės anglies, kurią aptiko „Curiosity“ Gale krateryje. Pagal šį scenarijų dėl debesies Marsas būtų atvėsęs ir sukeltų apledėjimą. Aušinimas ir apledėjimas būtų neleidę šviesesnei anglies molekuliniuose debesyse susimaišyti su kita Marso anglimi ir susidaryti padidėjusio C12 nuosėdoms. Straipsnyje teigiama, kad „ledyno tirpimas ledynmečio laikotarpiu ir ledo traukimasis po to turėtų palikti tarpžvaigždinių dulkių daleles ant ledyno geomorfologinio paviršiaus“.

Hipotezė tinka, nes „Curiosity“ rado kai kuriuos padidėjusius C12 lygius kalnagūbrių viršūnėse, pavyzdžiui, Vera Rubin kalnagūbrio viršūnėje, ir kitus aukščiausius Gale kraterio taškus. Mėginiai buvo paimti iš „…įvairių litologijų (purvo, smėlio ir smiltainio) ir yra laikinai pasklidę per iki šiol vykusias misijos operacijas“, – teigiama dokumente. Vis dėlto molekulinio debesies hipotezė yra mažai tikėtina įvykių grandinė.

NASA marsaeigis „Curiosity“ pakėlė savo roboto ranką grąžtu nukreiptu į dangų tyrinėdamas Vera Rubin kalnagūbrį, esantį Šarp kalno papėdėje Geilo krateryje, kurio fone yra tolimas kraterio apvadas. Ši Navcam fotoaparato mozaika buvo susiūta iš neapdorotų vaizdų, darytų Sol 1833, 2017 m. spalio 2 d., ir nuspalvinta. Autoriai: NASA/JPL/Ken Kremer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo.

Kita nebiologinė hipotezė susijusi su ultravioletine šviesa. Marso atmosferą sudaro daugiau nei 95 % anglies dioksido, o pagal šį scenarijų UV šviesa būtų sąveikavusi su Marso atmosferoje esančiomis anglies dioksido dujomis, sukurdama naujas anglies turinčias molekules. Molekulės būtų nukritusios ant Marso paviršiaus ir tapusios ten esančios uolienos dalimi. Ši hipotezė panaši į tai, kaip metanogenai netiesiogiai gamina C12 Žemėje, tačiau ji yra visiškai abiotinė.

„Visi trys paaiškinimai atitinka duomenis”, – sakė pagrindinis autorius Christopheris House. „Mums paprasčiausiai reikia daugiau duomenų, kad galėtume juos įtraukti arba pašalinti.

Šis tyrimo paveikslas rodo tris hipotezes, kurios galėtų paaiškinti anglies ženklą. Mėlyna rodo biologiškai pagamintą metaną iš Marso vidaus, sukuriantį 13C nusodrintos organinės medžiagos nusėdimą po fotolizės. Oranžinė spalva UV šviesoje rodo fotochemines reakcijas, dėl kurių gali susidaryti įvairūs atmosferos produktai, kai kurie iš jų nusėda kaip organinės medžiagos su lengvai nutrūkstančiais cheminiais ryšiais. Pilka rodo molekulinio debesies hipotezę. Kreditas: House ir kt. 2022 m.

„Žemėje procesai, kurie generuotų anglies signalą, kurį aptinkame Marse, yra biologiniai“, – pridūrė House. „Turime suprasti, ar tas pats paaiškinimas tinka Marsui, ar yra kitų paaiškinimų, nes Marsas yra labai skirtingas.

Beveik pusė Curiosity mėginių turėjo netikėtai padidėjusį C12 lygį. Jie ne tik didesni už Žemės santykį; jie yra didesni, nei mokslininkai nustatė Marso meteorituose ir Marso atmosferoje. Mėginiai buvo atvežti iš penkių Gale kraterio vietų, ir visose vietose buvo vienas bendras bruožas: jie turi senovinius, gerai išsilaikiusius paviršius.

Kaip sakė Paulas Mahaffy, išvados yra „viliojančiai įdomios“. Tačiau mokslininkai vis dar mokosi apie Marso anglies ciklą, ir mes vis dar daug ko nežinome. Kyla pagunda daryti prielaidas apie Marso anglies ciklą, pagrįstą Žemės anglies ciklu. Tačiau anglis gali cirkuliuoti per Marsą tokiais būdais, kokių mes dar net nenumanėme. Nesvarbu, ar šis anglies požymis bus gyvybės signalas, ar ne, tai vis tiek yra vertingos žinios, kai reikia suprasti Marso anglies ženklą.

„Marso anglies ciklo apibrėžimas yra labai svarbus norint suprasti, kaip gyvybė galėtų tilpti į šį ciklą“, – sakė Andrew Steele’as, „Curiosity“ mokslininkas iš Carnegie mokslo instituto Vašingtone. „Mes tai padarėme tikrai sėkmingai Žemėje. , bet mes tik pradedame apibrėžti šį Marso ciklą.

Tačiau remiantis Žemės anglies ciklu nėra lengva padaryti išvadas apie Marsą. Steele’as tai aiškiai pasakė sakydamas: „Žemėje yra didžiulė anglies ciklo dalis, apimanti gyvybę, o dėl gyvybės Žemėje yra anglies ciklo gabalas, kurio mes negalime suprasti, nes visur, kur žiūrime, yra gyvenimas“.

NASA Marsaeigis „Perseverance“ Jezero krateryje ieško senovės Marse gyvybės ženklų. „Curiosity“ rezultatai gali būti naudingi „Perseverance“ atrankos veiklai. Autoriai: NASA/JPL-Caltech/MSSS

„Curiosity“ vis dar veikia Marse ir dar kurį laiką veiks. Šių pavyzdžių prasmė ir geresnis Marso anglies ciklo supratimas yra priešakyje. „Curiosity“ ims daugiau uolienų, kad išmatuotų anglies izotopų koncentraciją. Jis ims uolienų mėginius iš kitų gerai išsilaikiusių senovinių paviršių, kad sužinotų, ar rezultatai yra panašūs į šiuos. Idealiu atveju jis susidurtų su kitu metano stulpu ir paimtų jo mėginį, tačiau tie įvykiai yra nenuspėjami ir nėra galimybės jiems pasiruošti.

Bet kuriuo atveju šie rezultatai padės informuoti „Perseverance“ mėginių rinkimą Jezero krateryje. Atkaklumas gali patvirtinti panašius anglies signalus ir netgi nustatyti, ar jie biologiniai, ar ne.

Atkaklumas taip pat renka pavyzdžius grįžimui į Žemę. Mokslininkai tuos pavyzdžius ištirs veiksmingiau, nei gali atlikti roverio borto laboratorija, todėl kas žino, ko mes sužinosime.

Senovės gyvybė Marse yra viliojanti perspektyva, bet bent jau kol kas ji neaiški.

Iš pradžių paskelbta Visata šiandien.

Norėdami sužinoti daugiau apie šį tyrimą, žr.

Nuoroda: Christopher H. House, Gregory M. Wong, Christopher R. Webster, Gregory J. Flesch, Heather B. Franz, Jennifer C. Stern, Alex Pavlov, Sushil K. Atreya, Jennifer L. Eigenbrode, Alexis Gilbert, Amy E. Hofmann, Maëva Millan, Andrew Steele, Daniel P. Glavin, Charles A. Malespin ir Paul R. Mahaffy, 2022 m. sausio 17 d. Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119