Uhlík je pro život zásadní, pokud víme. Takže kdykoli někde objevíme silný uhlíkový podpis, jako je Mars, mohlo by to znamenat biologickou aktivitu.
Naznačuje silný uhlíkový signál v marťanských horninách biologické procesy nějakého typu?
Jakýkoli silný uhlíkový signál je při honbě za životem zajímavý. Je to společný prvek ve všech formách života, které známe. Existují však různé typy uhlíku a uhlík se může koncentrovat v prostředí z jiných důvodů. Neznamená to automaticky, že v uhlíkových signaturách je zahrnut život.
Atomy uhlíku mají vždy šest protonů, ale počet neutronů se může lišit. Atomy uhlíku s různým počtem neutronů se nazývají izotopy. Přirozeně se vyskytují tři izotopy uhlíku: C12 a C13, které jsou stabilní, a C14, radionuklid. C12 má šest neutronů, C13 má sedm neutronů a C14 má osm neutronů.
Pokud jde o izotopy uhlíku, život preferuje C12. Používají ho při fotosyntéze nebo k metabolizaci potravy. Důvod je poměrně jednoduchý. C12 má o jeden neutron méně než C13, což znamená, že když se spojí s jinými atomy do molekul, vytvoří méně spojení než C13 ve stejné situaci. Život je v podstatě líný a vždy bude hledat nejjednodušší způsob, jak věci dělat. C12 se používá snadněji, protože tvoří méně vazeb než C13. Je snazší se k němu dostat než k C13 a život se nikdy nevybírá tím těžším způsobem, když je k dispozici jednodušší způsob.
Rover Curiosity tvrdě pracuje v kráteru Gale na Marsu a hledá známky života. Vrtá do skály, extrahuje rozdrcený vzorek a umístí jej do své palubní chemické laboratoře. Curiosity’s lab se nazývá SAM, což znamená Analýza vzorků na Marsu. Uvnitř SAM používá rover pyrolýzu k pečení vzorku a přeměně uhlíku v hornině na metan. Pyrolýza se provádí v proudu inertního helia, aby se zabránilo jakékoli kontaminaci v procesu. Poté sonduje plyn pomocí přístroje nazvaného Laditelný laserový spektrometr zjistit, jaké izotopy uhlíku jsou v metanu.
Nástroj Sample Analysis na Marsu se nazývá SAM. SAM se skládá ze tří různých přístrojů, které vyhledávají a měří organické chemikálie a lehké prvky, které jsou důležitými složkami potenciálně spojenými se životem. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
Tým za Curiosity’s SAM se tímto procesem podíval na 24 vzorků hornin a nedávno objevil něco pozoruhodného. Šest vzorků vykazovalo zvýšené poměry C12 ku C13. Ve srovnání s pozemským referenčním standardem pro poměry C12/C13 obsahovaly vzorky z těchto šesti míst o více než 70 ppm více C12. Na Zemi je 98,93 % uhlíku C12 Země a C13 tvoří zbývajících 1,07 %.
Nová studie publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) představila zjištění. Její název je „Složení ochuzených izotopů uhlíku pozorováno v kráteru Gale na Marsu.Hlavním autorem je Christopher House, vědecký pracovník Curiosity z Penn State University.
Je to vzrušující zjištění, a pokud by tyto výsledky byly získány na Zemi, signalizovaly by, že biologický proces produkoval hojnost C12.
Na starověké Zemi produkovaly povrchové bakterie metan jako vedlejší produkt. Jmenují se methanogenya jsou to prokaryota z domény Archaea. Metanogeny jsou stále přítomny na Zemi, v anoxických mokřadech, v trávicím traktu přežvýkavců a extrémních prostředích, jako jsou horké prameny.
Tyto bakterie produkují metan, který vstupuje do atmosféry a interaguje s ultrafialovým světlem. Tyto interakce produkují složitější molekuly, které prší na zemský povrch. Jsou zachovány v pozemských horninách spolu s jejich uhlíkovými signaturami. Totéž se mohlo stát na Marsu, a pokud se tak stalo, mohlo by to vysvětlit zjištění Curiosity.
Ale tohle je březen. Pokud nám historie hledání života na Marsu něco říká, pak není to předbíhat.
„Nacházíme na Marsu věci, které jsou dráždivě zajímavé, ale opravdu bychom potřebovali více důkazů, abychom mohli říci, že jsme identifikovali život,“ řekl Paul Mahaffy, bývalý hlavní výzkumník pro analýzu vzorků Curiosity v laboratoři Mars. „Takže se díváme na to, co jiného mohlo způsobit uhlíkový podpis, který vidíme, když ne život.“
Curiosity pořídila toto 360stupňové panorama 9. srpna 2018 na Vera Rubin Ridge. Poděkování: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Autoři ve svém článku píší: „Existuje několik věrohodných vysvětlení pro anomálně vyčerpané 13C pozorovaný ve vyvinutém metanu, ale žádné jediné vysvětlení nelze přijmout bez dalšího výzkumu.
Jednou z obtíží při pochopení uhlíkových signatur, jako je tato, je naše takzvaná Země zaujatost. Většina toho, co vědci vědí o chemii atmosféry a souvisejících věcech, je založena na Zemi. Takže pokud jde o tento nově zjištěný uhlíkový podpis na Marsu, vědci mohou považovat za náročné udržet svou mysl otevřenou novým možnostem, které na Marsu nemusí existovat. Historie hledání života na Marsu nám to říká.
„Nejtěžší je opustit Zemi a opustit tu zaujatost, kterou máme, a skutečně se pokusit proniknout do základů chemie, fyziky a environmentálních procesů na Marsu,“ řekla Goddard astrobioložka Jennifer L. Eigenbrode, která se zúčastnila uhlíková studie. Dříve Eigenbrode vedl mezinárodní tým vědců z Curiosity při detekci nesčetných organických molekul – těch, které obsahují uhlík – na povrchu Marsu.
„Musíme otevřít svou mysl a přemýšlet mimo rámec,“ řekl Eigenbrode, „a to je to, co tento list dělá.“
Výzkumníci poukazují na dvě nebiologická vysvětlení neobvyklého uhlíkového podpisu ve svém článku. Jedna zahrnuje molekulární mraky.
Hypotéza molekulárního mraku uvádí, že naše sluneční soustava prošla molekulárním mračnem před stovkami milionů let. To je vzácná událost, ale stane se to přibližně jednou za 100 milionů let, takže vědci to nemohou zanedbat. Molekulární mraky jsou primárně molekulární vodík, ale jeden mohl být bohatý na typ lehčího uhlíku detekovaný Curiosity v kráteru Gale. Mrak by způsobil ochlazení Marsu, což by v tomto scénáři způsobilo zalednění. Ochlazení a zalednění by zabránily smísení lehčího uhlíku v molekulárních mračnech s jiným uhlíkem Marsu, což by vytvořilo usazeniny zvýšeného C12. Dokument uvádí, že „ledovcové tání během doby ledové a ústup ledu po něm by měly zanechat částice mezihvězdného prachu na geomorfologickém povrchu ledovce.“
Tato hypotéza sedí, protože Curiosity nalezla některé ze zvýšených hladin C12 na vrcholcích hřebenů – jako je vrchol Vera Rubin Ridge – a na dalších vysokých místech v kráteru Gale. Vzorky byly shromážděny z „… různých litologií (bahnovec, písek a pískovec) a jsou dočasně rozšířeny v rámci dosavadních operací mise,“ uvádí list. Přesto je hypotéza molekulárního mraku nepravděpodobným řetězcem událostí.
Rover Curiosity NASA zvedl svou robotickou ruku s vrtačkou namířenou k nebi, zatímco zkoumal Vera Rubin Ridge na úpatí Mount Sharp uvnitř kráteru Gale – na pozadí vzdáleného okraje kráteru. Tato mozaika fotoaparátu Navcam byla sešita z nezpracovaných snímků pořízených dne Sol 1833, 2. října 2017, a obarvena. Poděkování: NASA/JPL/Ken Kremer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo.
Další nebiologická hypotéza zahrnuje ultrafialové světlo. Atmosféra Marsu je z více než 95 % tvořena oxidem uhličitým a v tomto scénáři by UV světlo interagovalo s plynným oxidem uhličitým v atmosféře Marsu za vzniku nových molekul obsahujících uhlík. Molekuly by pršely na povrch Marsu a staly by se tam součástí horniny. Tato hypotéza je podobná tomu, jak metanogeny nepřímo produkují C12 na Zemi, ale je zcela abiotická.
„Všechna tři vysvětlení odpovídají údajům,“ řekl hlavní autor Christopher House. „Prostě potřebujeme více dat, abychom je mohli zařadit nebo vyřadit.“
Tento obrázek ze studie ukazuje tři hypotézy, které by mohly vysvětlit uhlíkový podpis. Modrá ukazuje biologicky produkovaný metan z marťanského nitra, vytvářející ukládání organického materiálu ochuzeného o 13C po fotolýze. Oranžová ukazuje fotochemické reakce prostřednictvím UV světla, které mohou vést k různým atmosférickým produktům, z nichž některé by byly uloženy jako organický materiál se snadno přerušitelnými chemickými vazbami. Šedá ukazuje hypotézu molekulárního mračna. Kredit: House et al. 2022.
„Na Zemi jsou procesy, které by produkovaly uhlíkový signál, který detekujeme na Marsu, biologické,“ dodal House. „Musíme pochopit, zda stejné vysvětlení funguje pro Mars, nebo zda existují jiná vysvětlení, protože Mars je velmi odlišný.“
Téměř polovina vzorků Curiosity měla neočekávaně zvýšené hladiny C12. Jsou nejen vyšší než poměr Země; jsou vyšší, než vědci našli v marťanských meteoritech a marťanské atmosféře. Vzorky pocházely z pěti míst v kráteru Gale a všechna místa měla jedno společné: mají staré, dobře zachovalé povrchy.
Jak řekl Paul Mahaffy, zjištění jsou „neobyčejně zajímavá“. Ale vědci se stále učí o uhlíkovém cyklu Marsu a je toho hodně, o čem stále nevíme. Je lákavé vytvářet předpoklady o uhlíkovém cyklu Marsu na základě uhlíkového cyklu Země. Uhlík však může procházet Marsem způsoby, o kterých jsme dosud ani netušili. Ať už tento uhlíkový podpis skončí jako signál pro život nebo ne, stále jde o cenné poznatky, pokud jde o pochopení uhlíkového podpisu Marsu.
„Definování uhlíkového cyklu na Marsu je naprosto klíčové pro pokusy porozumět tomu, jak by se do tohoto cyklu mohl vejít život,“ řekl Andrew Steele, vědec z oblasti Curiosity sídlící v Carnegie Institution for Science ve Washingtonu, DC „Na Zemi jsme to udělali opravdu úspěšně. , ale právě začínáme definovat tento cyklus pro Mars.“
Ale není snadné dělat závěry o Marsu na základě zemského uhlíkového cyklu. Steele to objasnil, když řekl: „Na Zemi je obrovský kus uhlíkového cyklu, který zahrnuje život, a kvůli životu je kus uhlíkového cyklu na Zemi, kterému nerozumíme, protože všude, kam se podíváme, je život.“
Rover Perseverance NASA hledá známky starověkého života na Marsu v kráteru Jezero. Výsledky z Curiosity mohou informovat o vzorkovacích aktivitách Perseverance. Poděkování: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Curiosity na Marsu stále pracuje a ještě chvíli bude. Význam těchto vzorků spolu s lepším pochopením uhlíkového cyklu Marsu leží před námi. Curiosity odebere vzorky více horniny, aby změřila koncentrace izotopů uhlíku. Odebere vzorky horniny z jiných dobře zachovaných starověkých povrchů, aby zjistil, zda jsou výsledky podobné těmto. V ideálním případě by narazila na další oblak metanu a odebrala jej, ale tyto události jsou nepředvídatelné a neexistuje způsob, jak se na ně připravit.
Ať tak či onak, tyto výsledky pomohou při shromažďování vzorků Perseverance v kráteru Jezero. Vytrvalost může potvrdit podobné uhlíkové signály a dokonce určit, zda jsou biologické nebo ne.
Perseverance také shromažďuje vzorky pro návrat na Zemi. Vědci budou tyto vzorky studovat efektivněji, než to dokáže palubní laboratoř roveru, takže kdo ví, co se dozvíme.
Starověký život na Marsu je vzrušující vyhlídka, ale prozatím je přinejmenším nejistá.
Původně odesláno dne Vesmír dnes.
Více o tomto výzkumu viz:
Odkaz: „Složení ochuzených izotopů uhlíku pozorováno v kráteru Gale na Marsu“ od Christophera H. House, Gregory M. Wonga, Christophera R. Webstera, Gregoryho J. Flesche, 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 a Paul R. Mahaffy, 17. ledna 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
