Mars Curiosity Rover vede o semnătură puternică de carbon într-un pat de stânci – ar putea indica activitate biologică

Carbonul este esențial pentru viață, din câte știm. Deci, de fiecare dată când detectăm o semnătură puternică de carbon undeva, cum ar fi Marte, ar putea indica activitate biologică.

Un semnal puternic de carbon în rocile marțiane indică procese biologice de un anumit tip?

Orice semnal puternic de carbon este intrigant atunci când vânați pentru viață. Este un element comun în toate formele de viață pe care le cunoaștem. Dar există diferite tipuri de carbon, iar carbonul se poate concentra în mediu din alte motive. Nu înseamnă automat că viața este implicată în semnăturile de carbon.

Atomii de carbon au întotdeauna șase protoni, dar numărul de neutroni poate varia. Atomii de carbon cu numere diferite de neutroni se numesc izotopi. Trei izotopi de carbon apar în mod natural: C12 și C13, care sunt stabili, și C14, un radionuclid. C12 are șase neutroni, C13 are șapte neutroni și C14 are opt neutroni.

Când vine vorba de izotopi de carbon, viața preferă C12. Îl folosesc în fotosinteză sau pentru a metaboliza alimentele. Motivul este relativ simplu. C12 are cu un neutron mai puțin decât C13, ceea ce înseamnă că atunci când se leagă de alți atomi în molecule, face mai puține conexiuni decât C13 în aceeași situație. Viața este în esență leneșă și va căuta întotdeauna cel mai simplu mod de a face lucrurile. C12 este mai ușor de utilizat deoarece formează mai puține legături decât C13. Este mai ușor să ajungi la C13, iar viața nu ia niciodată calea grea atunci când este disponibilă o cale mai ușoară.

Roverul Curiosity lucrează din greu în craterul Gale de pe Marte, în căutarea semnelor de viață. Forează în rocă, extrage o probă pulverizată și o plasează în laboratorul său de chimie de la bord. Laboratorul Curiosity se numește SAM, ceea ce înseamnă Analiza probei pe Marte. În interiorul SAM, rover-ul folosește piroliza pentru a coace proba și pentru a transforma carbonul din rocă în metan. Piroliza se face într-un flux de heliu inert pentru a preveni orice contaminare în proces. Apoi sondează gazul cu un instrument numit Spectrometru cu laser reglabil pentru a afla ce izotopi de carbon sunt în metan.

Instrumentul Sample Analysis at Mars se numește SAM. SAM este alcătuit din trei instrumente diferite care caută și măsoară substanțele chimice organice și elementele ușoare care sunt ingrediente importante potențial asociate cu viața. Credit: NASA/JPL-Caltech

Echipa din spatele SAM al lui Curiosity a analizat 24 de mostre de rocă cu acest proces și a descoperit recent ceva demn de remarcat. Șase dintre probe au prezentat rapoarte crescute de C12 la C13. În comparație cu un standard de referință de pe Pământ pentru raporturile C12/C13, eșantioanele din aceste șase locații au conținut mai mult de 70 de părți la mie de C12. Pe Pământ, 98,93% din carbon este C12 Pământ, iar C13 formează restul de 1,07%.

Un nou studiu publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) a prezentat concluziile. Titlul său este „Compoziții epuizate de izotopi de carbon observate la craterul Gale, Marte.Autorul principal este Christopher House, om de știință Curiosity la Universitatea Penn State.

Este o descoperire interesantă, iar dacă aceste rezultate ar fi obținute pe Pământ, ar semnala că un proces biologic a produs abundența de C12.

Pe Pământul antic, bacteriile de suprafață au produs metan ca produs secundar. Sunt chemați metanogeneși sunt procariote din domeniul Archaea. Metanogenii sunt încă prezenți astăzi pe Pământ, în zonele umede anoxice, în tractul digestiv al rumegătoarelor și în medii extreme precum izvoarele termale.

Aceste bacterii produc metan care intră în atmosferă, interacționând cu lumina ultravioletă. Aceste interacțiuni produc molecule mai complexe care au plouat pe suprafața Pământului. Sunt conservate în rocile Pământului, împreună cu semnăturile lor de carbon. Același lucru s-ar fi putut întâmpla și pe Marte și, dacă s-ar fi întâmplat, ar putea explica descoperirile Curiosity.

Dar asta e martie. Dacă istoria căutării vieții pe Marte ne spune ceva, nu este pentru a ne depăși.

„Găsim lucruri pe Marte care sunt atrăgător de interesante, dar chiar am avea nevoie de mai multe dovezi pentru a spune că am identificat viața”, a spus Paul Mahaffy, fost cercetător principal pentru Analiza probelor Curiosity la laboratorul Marte. „Așa că ne uităm la ce altceva ar fi putut cauza semnătura carbonului pe care o vedem, dacă nu viața.”

Curiosity a luat această panoramă de 360 ​​de grade pe 9 august 2018, pe Vera Rubin Ridge. Credite: NASA/JPL-Caltech/MSSS

În lucrarea lor, autorii scriu: „Există mai multe explicații plauzibile pentru epuizarea anormală. ¹³C observat în metanul evoluat, dar nicio explicație nu poate fi acceptată fără cercetări suplimentare.

Una dintre dificultățile în înțelegerea semnăturilor de carbon ca aceasta este așa-numita părtinire a Pământului. Cea mai mare parte a ceea ce știu oamenii de știință despre chimia atmosferică și lucrurile conexe se bazează pe Pământ. Așadar, când vine vorba de această semnătură de carbon recent detectată pe Marte, oamenii de știință pot găsi o provocare să-și mențină mintea deschisă la noi posibilități care ar putea să nu existe pe Marte. Istoria căutării vieții pe Marte ne spune asta.

„Cel mai greu este să renunțăm la Pământ și să renunțăm la părtinirea pe care o avem și să încercăm cu adevărat să intrăm în elementele fundamentale ale chimiei, fizicii și proceselor de mediu de pe Marte”, a spus astrobiologul Goddard Jennifer L. Eigenbrode, care a participat la studiul. studiul carbonului. Anterior, Eigenbrode a condus o echipă internațională de oameni de știință Curiosity în detectarea nenumăratelor molecule organice – cele care conțin carbon – pe suprafața marțiană.

„Trebuie să ne deschidem mințile și să gândim în afara cutiei”, a spus Eigenbrode, „și asta face această lucrare.”

Cercetătorii subliniază două explicații non-biologice pentru semnătura neobișnuită de carbon în lucrarea lor. Unul implică nori moleculari.

Ipoteza norului molecular afirmă că sistemul nostru solar a trecut printr-un nor molecular cu sute de milioane de ani în urmă. Acesta este un eveniment rar, dar se întâmplă aproximativ o dată la 100 de milioane de ani, așa că oamenii de știință nu îl pot ignora. Norii moleculari sunt în principal hidrogen molecular, dar este posibil ca unul să fi fost bogat în tipul de carbon mai ușor detectat de Curiosity în Gale Crater. Norul ar fi făcut ca Marte să se răcească, provocând glaciație în acest scenariu. Răcirea și glaciarea ar fi împiedicat amestecarea carbonului mai ușor din norii moleculari cu celălalt carbon al lui Marte, creând depozite de C12 ridicat. Lucrarea afirmă că „Topirea glaciară în timpul perioadei glaciare și retragerea gheții după aceea ar trebui să lase particulele de praf interstelar pe suprafața geomorfologică glaciară”.

Ipoteza se potrivește deoarece Curiosity a găsit unele dintre nivelurile ridicate de C12 în vârful crestelor – cum ar fi vârful Vera Rubin Ridge – și alte puncte înalte din craterul Gale. Probele au fost colectate de la „… o varietate de litologii (pietra de noroi, nisip și gresie) și sunt răspândite temporar pe parcursul operațiunilor misiunii până în prezent”, se arată în lucrare. Totuși, ipoteza norului molecular este un lanț de evenimente puțin probabil.

Rover-ul Curiosity al NASA și-a ridicat brațul robotizat cu burghiul îndreptat spre cer în timp ce explora Vera Rubin Ridge la baza Muntelui Sharp în interiorul craterului Gale, pe fundal de marginea craterului îndepărtat. Acest mozaic al camerei Navcam a fost cusut din imagini brute realizate pe Sol 1833, 2 octombrie 2017, și colorat. Credit: NASA/JPL/Ken Kremer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo.

Cealaltă ipoteză non-biologică implică lumina ultravioletă. Atmosfera lui Marte are peste 95% dioxid de carbon și, în acest scenariu, lumina UV ar fi interacționat cu gazul de dioxid de carbon din atmosfera lui Marte, producând noi molecule care conțin carbon. Moleculele ar fi plouat pe suprafața lui Marte și ar fi devenit parte din roca de acolo. Această ipoteză este similară cu modul în care metanogenii produc indirect C12 pe Pământ, dar este în întregime abiotică.

„Toate cele trei explicații se potrivesc cu datele”, a spus autorul principal Christopher House. „Pur și simplu avem nevoie de mai multe date pentru a le exclude.”

Această cifră din studiu arată cele trei ipoteze care ar putea explica semnătura carbonului. Albastrul arată metanul produs biologic din interiorul marțian, creând depunerea de material organic epuizat în 13C după fotoliză. Portocaliul arată reacții fotochimice prin intermediul luminii UV care pot avea ca rezultat diferiți produse atmosferice, dintre care unii ar fi depuse ca material organic cu legături chimice ușor de spart. Griul arată ipoteza norului molecular. Credit: House et al. 2022.

„Pe Pământ, procesele care ar produce semnalul de carbon pe care îl detectăm pe Marte sunt biologice”, a adăugat House. „Trebuie să înțelegem dacă aceeași explicație funcționează pentru Marte sau dacă există alte explicații, deoarece Marte este foarte diferit.”

Aproape jumătate din probele Curiosity au avut niveluri neașteptate de crescute de C12. Ele nu sunt doar mai mari decât raportul Pământului; sunt mai mari decât au descoperit oamenii de știință în meteoriții marțieni și atmosfera marțiană. Mostrele au venit din cinci locații din craterul Gale și toate locațiile aveau un lucru în comun: au suprafețe străvechi, bine conservate.

După cum a spus Paul Mahaffy, descoperirile sunt „încrezător de interesante”. Dar oamenii de știință încă învață despre ciclul carbonului de pe Marte și sunt multe despre care încă ignoram. Este tentant să facem presupuneri despre ciclul carbonului de pe Marte pe baza ciclului carbonului Pământului. Dar carbonul poate circula pe Marte în moduri pe care nici măcar nu am ghicit încă. Indiferent dacă această semnătură de carbon ajunge sau nu să fie un semnal pentru viață sau nu, este totuși cunoștințe valoroase atunci când vine vorba de înțelegerea semnăturii de carbon a lui Marte.

„Definirea ciclului carbonului pe Marte este absolut esențială pentru a încerca să înțelegem cum s-ar putea integra viața în acel ciclu”, a spus Andrew Steele, om de știință Curiosity, cu sediul la Instituția Carnegie pentru Știință din Washington, DC. „Am făcut asta cu adevărat cu succes pe Pământ. , dar abia începem să definim acel ciclu pentru Marte.”

Dar nu este ușor să tragi concluzii despre Marte pe baza ciclului carbonului Pământului. Steele a clarificat acest lucru când a spus: „Există o mare parte din ciclul carbonului pe Pământ care implică viață și, din cauza vieții, există o bucată din ciclul carbonului pe Pământ pe care nu o putem înțelege, deoarece oriunde ne uităm, există viaţă.”

Roverul Perseverance al NASA caută semne de viață antică pe Marte la craterul Jezero. Rezultatele de la Curiosity pot informa activitățile de eșantionare ale Perseverance. Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity încă funcționează pe Marte și va fi încă pentru o perioadă. Semnificația acestor probe, împreună cu o mai bună înțelegere a ciclului carbonului de pe Marte, este în viitor. Curiosity va eșantiona mai multă rocă pentru a măsura concentrațiile izotopilor de carbon. Va preleva roci de pe alte suprafețe antice bine conservate pentru a vedea dacă rezultatele sunt similare cu acestea. În mod ideal, ar întâlni un alt penar de metan și ar eșantiona, dar acele evenimente sunt imprevizibile și nu există nicio modalitate de a vă pregăti pentru unul.

Oricum, aceste rezultate vor ajuta la informarea colectării de probe de la Perseverance la Craterul Jezero. Perseverența poate confirma semnale similare de carbon și chiar poate determina dacă sunt biologice sau nu.

Perseverența adună, de asemenea, mostre pentru întoarcerea pe Pământ. Oamenii de știință vor studia acele mostre mai eficient decât poate laboratorul de bord al roverului, așa că cine știe ce vom învăța.

Viața antică pe Marte este o perspectivă tentantă, dar deocamdată, cel puțin, este incertă.

Postat inițial pe Universul de azi.

Pentru mai multe despre această cercetare, consultați:

Referință: „Compoziții izotopice de carbon epuizate observate la craterul Gale, Marte” de 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 și Paul R. Mahaffy, 17 ianuarie 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119