Pokiaľ vieme, uhlík je pre život rozhodujúci. Takže kedykoľvek zistíme silnú uhlíkovú stopu niekde, ako je Mars, môže to znamenať biologickú aktivitu.

Naznačuje silný uhlíkový signál v marťanských horninách nejaké biologické procesy?

Akýkoľvek silný uhlíkový signál je zaujímavý, keď hľadáte život. Je bežnou súčasťou všetkého života, ako ho poznáme. Existujú však rôzne typy uhlíka a uhlík sa môže koncentrovať v prostredí z iných dôvodov. Neznamená to automaticky, že na uhlíkovej stope sa podieľa život.

Atómy uhlíka majú vždy šesť protónov, ale počet neutrónov sa môže líšiť. Atómy uhlíka s rôznym počtom neutrónov sa nazývajú izotopy. Prirodzene existujú tri izotopy uhlíka: C12 a C13, čo sú stabilné izotopy, a C14, čo sú rádionuklidy. C12 obsahuje šesť neutrónov, C13 obsahuje sedem neutrónov a C14 obsahuje 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 rovnakej polohe. Život je v podstate lenivý a vždy sa budete snažiť robiť veci čo najjednoduchšie. C12 sa používa jednoduchšie, pretože tvorí menej väzieb ako C13. Je jednoduchšie dostať sa do C13 a život nikdy nebude ťažší, keď je k dispozícii jednoduchšia cesta.

Curiosity tvrdo pracuje v Marsovom kráteri Gale a hľadá známky života. Vykopáva skaly, extrahuje rozdrvenú vzorku a vloží ju do palubného chemického laboratória. Curiosity Laboratory sa nazýva SAM, čo znamená Ukážková analýza na Marse. Vo vnútri SAM používa rover pyrolýzu na pečenie vzorky a premenu uhlíka v hornine na metán. Pyrolýza sa uskutočňuje v prúde inertného hélia, aby sa zabránilo akejkoľvek kontaminácii v procese. Potom skúma plyn pomocou prístroja tzv laditeľný laserový spektrometer Na zistenie izotopov uhlíka prítomných v metáne.

Prístroj na analýzu vzoriek na Marse sa nazýva SAM. SAM pozostáva z troch rôznych prístrojov, ktoré vyhľadávajú a merajú organické chemikálie a svetelné prvky, ktoré sú potenciálne dôležitými zložkami života. Poďakovanie: NASA/JPL-Caltech

Tím stojaci za systémom SAM Curiosity sa v tomto procese pozrel na 24 vzoriek hornín a nedávno objavil niečo pozoruhodné. Šesť vzoriek vykazovalo zvýšené hladiny C12 až C13. V porovnaní so zemským referenčným štandardom pre pomery C12/C13 obsahovali vzorky z týchto šiestich miest viac ako 70 promile C12. Na Zemi je 98,93 % uhlíka C12 Zeme a C13 tvorí zvyšných 1,07 %.

Výsledky uvádza nová štúdia publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). jeho názov“Zloženie ochudobnených izotopov uhlíka bolo pozorované v kráteri Gale na Marse.Hlavným autorom je Christopher House, odborník na kuriozitu z Penn State University.

Je to vzrušujúci objav a ak by sa tieto výsledky získali na Zemi, naznačovali by, že biologický proces vyprodukoval množstvo C12.

Na starovekej Zemi pelagické baktérie produkovali metán ako vedľajší produkt. Volajú sa metanogény, čo sú prokaryoty z domény Archaea. Metanogény sa aj dnes nachádzajú na Zemi, v mokradiach s nízkym obsahom kyslíka, v tráviacom trakte prežúvavcov a v drsnom prostredí, ako sú horúce pramene.

Tieto baktérie produkujú metán, ktorý sa dostáva do atmosféry a reaguje s ultrafialovým svetlom. Tieto interakcie produkujú zložitejšie molekuly, ktoré padajú na povrch Zeme. Zachovali sa v zemských horninách spolu s ich uhlíkovými stopami. To isté sa mohlo stať aj na Marse, a ak sa tak stalo, mohlo by to vysvetliť objavy Curiosity.

Ale toto je Mars. Ak nám história hľadania života na Marse niečo hovorí, nie to, že by sme mali predbiehať.

„Na Marse nachádzame zaujímavé veci, ale skutočne potrebujeme viac dôkazov, aby sme mohli povedať, že sme identifikovali život,“ povedal Paul Mahaffey, bývalý hlavný výskumník analyzujúci vzorky Curiosity v Mars Laboratory. „Takže sa pozeráme na to, čo mohlo byť príčinou uhlíkového podpisu, ktorý vidíme, ak nie život.“

Curiosity zachytila ​​túto 360-stupňovú panoramatickú fotografiu 9. augusta 2018 na Vera Rubin Ridge. Zdroj: NASA / JPL-Caltech / MSSS

Vo svojom článku autori napísali: „Existuje viacero hodnoverných vysvetlení pre tých, ktorí sú abnormálne vyčerpaní ¹³C sa pozoruje vo vyvíjajúcom sa metáne, ale bez ďalšieho výskumu nemožno akceptovať žiadne vysvetlenie. „

Jednou z ťažkostí pri pochopení uhlíkových stôp, ako sú tieto, je takzvaná základná odchýlka. Väčšina toho, čo vedci vedia o chémii atmosféry a súvisiacich veciach, je založená na Zemi. Takže pokiaľ ide o novoobjavený uhlíkový podpis na Marse, pre vedcov môže byť ťažké udržať svoju myseľ otvorenú novým možnostiam, ktoré na Marse nemusia existovať. Hovorí nám to história hľadania života na Marse.

Povedala to Goddardová astrobiologička Jennifer L. Eigenbrod, ktorá sa podieľala na štúdii uhlíka. Predtým Eigenbrode viedol medzinárodný tím vedcov z Curiosity pri objavovaní nespočetných organických molekúl – obsahujúcich uhlík – na povrchu Marsu.

„Musíme otvoriť svoju myseľ a myslieť mimo rámca, a to je to, čo tento dokument robí,“ povedal Eigenbrod.

Vedci vo svojom článku citovali dve nebiologické vysvetlenia nezvyčajného uhlíkového podpisu. Jeden z nich zahŕňa molekulárne oblaky.

Hypotéza molekulárneho oblaku tvrdí, že naša slnečná sústava prešla molekulárnym oblakom pred stovkami miliónov rokov. Ide o zriedkavú udalosť, ale stane sa raz za 100 miliónov rokov, takže vedci ju nemôžu vylúčiť. Molekulárne oblaky sú primárne molekulárny vodík, ale jeden môže byť bohatý na ľahší typ uhlíka Curiosity objavený v kráteri Gale. Oblak mohol Mars výrazne ochladzovať, čo v tomto scenári spôsobilo zaľadnenie. Chladenie a námraza bránili ľahšiemu uhlíku v molekulárnych oblakoch, aby sa zmiešal s iným uhlíkom na Marse, čím sa vytvorili usadeniny zvýšeného oxidu uhličitého. V článku sa uvádza, že „topenie ľadovcov počas doby ľadovej a následné ustupovanie ľadu by malo zanechať častice medzihviezdneho prachu na geomorfologickom povrchu“.

Táto hypotéza je v súlade, pretože Curiosity našiel vysoké hladiny C12 na vrcholoch hrebeňov – ako je Vera Rubin Ridge – a ďalších vysokých bodoch v kráteri Gale. Vzorky boli odobraté z „…rôznych hornín (ílovcov, piesku a pieskovca) a boli dočasne distribuované počas doterajších operácií misie,“ uvádza sa v novinách. Hypotéza molekulárneho oblaku je však nepravdepodobným reťazcom udalostí.

Rover Curiosity agentúry NASA dvíha svoje robotické rameno s vrtákom smerujúcim k oblohe, keď skúma Vera Rubin Ridge na úpätí Mount Sharp vo vnútri krátera Gale – lemovaného vzdialeným okrajom krátera. Táto mozaika fotoaparátu Navcam je zošitá z nespracovaných obrázkov nasnímaných na Sol 1833, 2. októbra 2017, a bola farebná. Poďakovanie: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.

Ďalšia nebiologická hypotéza zahŕňa ultrafialové svetlo. Atmosféra Marsu obsahuje viac ako 95 % oxidu uhličitého a v tomto scenári môže UV svetlo reagovať s plynným oxidom uhličitým v atmosfére Marsu, čo vedie k vzniku nových častíc obsahujúcich uhlík. Častice by pršali na Mars a stali by sa tam súčasťou skál. Táto hypotéza je podobná tomu, ako metanogény nepriamo produkujú C12 na Zemi, ale je úplne abiotická.

„Všetky tri vysvetlenia zodpovedajú údajom,“ povedal hlavný autor Christopher House. „Jednoducho potrebujeme viac údajov, aby sme ich vylúčili alebo vylúčili.“

Tento údaj zo štúdie objasňuje tri hypotézy, ktoré by mohli vysvetliť uhlíkový podpis. Modrá zobrazuje biologicky produkovaný metán z vnútra Marsu, ktorý vyzrážal vyčerpanú organickú hmotu pri 13 °C po fotolýze. Oranžová zobrazuje fotochemické reakcie prostredníctvom UV svetla, ktoré môžu viesť k mnohým atmosférickým produktom, z ktorých niektoré môžu byť uložené ako organická hmota s ľahko prerušiteľnými chemickými väzbami. Gray ukazuje hypotézu molekulárneho oblaku. Kredit: House a kol. 2022.

„Na Zemi sú procesy, ktoré produkujú uhlíkový signál, ktorý sme zachytili na Marse, biologické procesy,“ dodal House. „Musíme pochopiť, či rovnaké vysvetlenie funguje pre Mars, alebo či existujú iné vysvetlenia, pretože Mars je úplne iný.“

Približne polovica vzoriek Curiosity obsahovala neočakávane vysoké hladiny C12. Nielenže je vyšší ako podiel Zeme; Je vyššia ako to, čo vedci našli v marťanských meteoritoch a atmosfére Marsu. Vzorky pochádzali z piatich lokalít v kráteri Gale a všetky lokality mali jedno spoločné: mali dobre zachované staroveké strechy.

Ako povedal Paul Mahaffy, výsledky sú „pôsobivo zaujímavé“. Vedci sa však stále učia o uhlíkovom cykle na Marse a stále toho veľa nevieme. Je lákavé robiť predpoklady o uhlíkovom cykle na Marse na základe uhlíkového cyklu na Zemi. Ale uhlík môže cirkulovať cez Mars spôsobmi, ktoré sme ešte neuhádli. Či je tento uhlíkový podpis v konečnom dôsledku znakom života alebo nie, je stále cenným vedomím, pokiaľ ide o pochopenie uhlíkového podpisu Marsu.

„Definovanie uhlíkového cyklu na Marse je absolútne kľúčové pri pokuse pochopiť, ako by sa do tohto cyklu mohol zaradiť život,“ povedal Andrew Steele, odborník na kuriozitu z Carnegie Institution for Science vo Washingtone, D.C. „Na Zemi sme to úspešne urobili, ale len začíname definovať tento cyklus pre Mars.“

Ale nie je ľahké robiť závery o Marse na základe uhlíkového cyklu na Zemi. Steele to vysvetlil, keď povedal: „Na Zemi je veľká časť uhlíkového cyklu, ktorý zahŕňa život, a kvôli životu je veľká časť uhlíkového cyklu na Zemi, ktorej nerozumieme, pretože všade, kam sa pozrieme, je život. .“

Rover Perseverance agentúry NASA hľadá známky dávneho života na Marse v kráteri Jezero. Výsledky z Curiosity by mohli informovať o aktivitách odberu vzoriek pre perzistenciu. Poďakovanie: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity na Marse stále pôsobí a ešte chvíľu bude. Význam týchto vzoriek spolu s lepším pochopením uhlíkového cyklu na Marse leží pred nami. Curiosity odoberie viac vzoriek hornín na meranie koncentrácie izotopov uhlíka. Budete vzorkovať horniny z iných starovekých, dobre zachovaných povrchov, aby ste zistili, či sú výsledky podobné. V ideálnom prípade by narazil na iný metánový stĺp a odobral z neho vzorky, ale tieto udalosti sú nepredvídateľné a neexistuje spôsob, ako sa na ne pripraviť.

V každom prípade tieto výsledky pomôžu pri zbere vzoriek perzistencie v kráteri Jezero. Vytrvalosť môže potvrdiť podobné uhlíkové signály a dokonca určiť, či sú biologické alebo nie.

Perseverance tiež zbiera vzorky na návrat na Zem. Vedci budú tieto vzorky študovať aktívnejšie ako laboratórium na roveri, takže ktovie, čo sa dozvieme.

Staroveký život na Marse je lákavá možnosť, no zatiaľ to aspoň nie je isté.

Pôvodne uverejnené v vesmír dnes.

Viac informácií o tomto výskume nájdete na:

Odkaz: „Zloženie ochudobnených izotopov uhlíka pozorované v kráteri Gale na Marse“ od Christophera H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin a Paul R. Mahaffey, 17. januára 2022, Zborník Národnej akadémie vied.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119