Ο άνθρακας είναι κρίσιμος για τη ζωή, από όσο γνωρίζουμε. Έτσι, κάθε φορά που ανιχνεύουμε ένα ισχυρό αποτύπωμα άνθρακα κάπου όπως ο Άρης, θα μπορούσε να υποδηλώνει βιολογική δραστηριότητα.
Το ισχυρό σήμα άνθρακα στα πετρώματα του Άρη υποδηλώνει βιολογικές διεργασίες κάποιου είδους;
Οποιοδήποτε ισχυρό σήμα άνθρακα είναι ενδιαφέρον όταν ψάχνετε για ζωή. Είναι ένα κοινό συστατικό όλης της ζωής όπως την ξέρουμε. Υπάρχουν όμως διαφορετικοί τύποι άνθρακα και ο άνθρακας μπορεί να συγκεντρωθεί στο περιβάλλον για άλλους λόγους. Δεν σημαίνει αυτόματα ότι η ζωή εμπλέκεται στο αποτύπωμα άνθρακα.
Τα άτομα άνθρακα έχουν πάντα έξι πρωτόνια, αλλά ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να ποικίλλει. Τα άτομα άνθρακα με διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων ονομάζονται ισότοπα. Τρία ισότοπα άνθρακα υπάρχουν φυσικά: C12 και C13, που είναι σταθερά ισότοπα, και C14, που είναι ραδιονουκλίδια. Το C12 περιέχει έξι νετρόνια, το C13 περιέχει επτά νετρόνια και το C14 περιέχει οκτώ νετρόνια.
Όταν πρόκειται για ισότοπα άνθρακα, η ζωή προτιμά το C12. Το χρησιμοποιούν στη φωτοσύνθεση ή στο μεταβολισμό της τροφής. Ο λόγος είναι σχετικά απλός. Το C12 έχει ένα νετρόνιο λιγότερο από το C13, πράγμα που σημαίνει ότι όταν συνδέεται με άλλα άτομα σε μόρια, κάνει λιγότερες συνδέσεις από το C13 στην ίδια θέση. Η ζωή είναι βασικά τεμπέλης και πάντα θα προσπαθείς για τον ευκολότερο τρόπο να κάνεις πράγματα. Το C12 είναι πιο εύκολο στη χρήση γιατί σχηματίζει λιγότερους δεσμούς από το C13. Είναι πιο εύκολο να φτάσετε στο C13 και η ζωή δεν παίρνει ποτέ το δύσκολο δρόμο όταν υπάρχει ένας ευκολότερος τρόπος.
Η περιέργεια δουλεύει σκληρά στον κρατήρα Γκέιλ του Άρη, αναζητώντας σημάδια ζωής. Ανασκάπτει τους βράχους, εξάγει ένα κονιοποιημένο δείγμα και το τοποθετεί στο εργαστήριο χημείας του πλοίου. Το εργαστήριο Curiosity ονομάζεται SAM, που σημαίνει Δείγμα ανάλυσης στον Άρη. Μέσα στο SAM, το rover χρησιμοποιεί πυρόλυση για να ψήσει το δείγμα και να μετατρέψει τον άνθρακα στο βράχο σε μεθάνιο. Η πυρόλυση πραγματοποιείται σε αδρανή ροή ηλίου για να αποφευχθεί οποιαδήποτε μόλυνση στη διαδικασία. Στη συνέχεια εξερευνά το αέριο με ένα όργανο που ονομάζεται συντονιζόμενο φασματόμετρο λέιζερ Για να μάθετε τα ισότοπα άνθρακα που υπάρχουν στο μεθάνιο.
Το όργανο ανάλυσης δείγματος στον Άρη ονομάζεται SAM. Το SAM αποτελείται από τρία διαφορετικά όργανα που αναζητούν και μετρούν οργανικές χημικές ουσίες και ελαφρά στοιχεία που είναι δυνητικά σημαντικά συστατικά της ζωής. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech
Η ομάδα πίσω από το σύστημα SAM Curiosity εξέτασε 24 δείγματα βράχου σε αυτή τη διαδικασία και πρόσφατα ανακάλυψε κάτι αξιοσημείωτο. Έξι από τα δείγματα έδειξαν αυξημένα επίπεδα C12 έως C13. Σε σύγκριση με το πρότυπο αναφοράς με βάση τη Γη για τις αναλογίες C12/C13, δείγματα από αυτές τις έξι τοποθεσίες περιείχαν περισσότερα από 70 μέρη ανά χίλια C12. Στη Γη, το 98,93% του άνθρακα είναι C12 Earth και το C13 αποτελεί το υπόλοιπο 1,07%.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) παρουσιάζει τα αποτελέσματα. Ο τίτλος του είναιΣυνθέσεις ισοτόπων με εξάντληση άνθρακα παρατηρήθηκαν στον κρατήρα Gale, στον Άρη.Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Christopher House, ένας επιστήμονας περιέργειας στο Πανεπιστήμιο Penn State.
Είναι μια συναρπαστική ανακάλυψη, και εάν αυτά τα αποτελέσματα λαμβάνονταν στη Γη, θα έδειχναν ότι μια βιολογική διαδικασία παρήγαγε μια αφθονία C12.
Στην αρχαία Γη, τα πελαγικά βακτήρια παρήγαγαν μεθάνιο ως υποπροϊόν. Καλούνται μεθανογόνα, που είναι προκαρυώτες του τομέα Archaea. Τα μεθανογόνα εξακολουθούν να βρίσκονται σήμερα στη Γη, σε υγροτόπους χαμηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο, στο πεπτικό σύστημα των μηρυκαστικών και σε σκληρά περιβάλλοντα όπως οι θερμές πηγές.
Αυτά τα βακτήρια παράγουν μεθάνιο, το οποίο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα και αντιδρά με το υπεριώδες φως. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις παράγουν πιο πολύπλοκα μόρια που πέφτουν στην επιφάνεια της Γης. Έχουν διατηρηθεί στους βράχους της Γης μαζί με τα ίχνη άνθρακα τους. Το ίδιο μπορεί να συνέβη στον Άρη και αν συνέβαινε, θα μπορούσε να εξηγήσει τις ανακαλύψεις του Curiosity.
Αλλά αυτός είναι ο Άρης. Αν η ιστορία της αναζήτησης ζωής στον Άρη μας λέει κάτι, δεν είναι ότι πρέπει να προλάβουμε τον εαυτό μας.
«Βρίσκουμε ενδιαφέροντα πράγματα στον Άρη, αλλά χρειαζόμαστε πραγματικά περισσότερα στοιχεία για να πούμε ότι έχουμε ταυτοποιήσει τη ζωή», δήλωσε ο Paul Mahaffey, πρώην κύριος ερευνητής που αναλύει δείγματα του Curiosity στο εργαστήριο του Άρη. «Έτσι, εξετάζουμε ποια θα μπορούσε να ήταν η αιτία της υπογραφής άνθρακα που βλέπουμε, αν όχι η ζωή».
Το Curiosity κατέγραψε αυτή την πανοραμική φωτογραφία 360 μοιρών στις 9 Αυγούστου 2018, στο Vera Rubin Ridge. Πηγή: NASA / JPL-Caltech / MSSS
Στην εργασία τους, οι συγγραφείς έγραψαν: «Υπάρχουν πολλές εύλογες εξηγήσεις για εκείνους που είναι ασυνήθιστα εξαντλημένοι 13Ο C παρατηρείται στο εξελισσόμενο μεθάνιο, αλλά καμία εξήγηση δεν μπορεί να γίνει αποδεκτή χωρίς περαιτέρω έρευνα. “
Μια δυσκολία στην κατανόηση των αποτυπωμάτων άνθρακα όπως αυτά είναι η λεγόμενη προκατάληψη εδάφους. Τα περισσότερα από αυτά που γνωρίζουν οι επιστήμονες για τη χημεία της ατμόσφαιρας και τα σχετικά πράγματα βασίζονται στη Γη. Έτσι, όταν πρόκειται για τη νέα υπογραφή άνθρακα που ανακαλύφθηκε στον Άρη, οι επιστήμονες μπορεί να δυσκολεύονται να κρατήσουν το μυαλό τους ανοιχτό σε νέες δυνατότητες που μπορεί να μην υπάρχουν στον Άρη. Η ιστορία της αναζήτησης ζωής στον Άρη μας λέει αυτό.
Η αστροβιολόγος του Goddard Jennifer L. Eigenbrod, η οποία συμμετείχε στη μελέτη άνθρακα, είπε. Προηγουμένως, ο Eigenbrode ηγήθηκε μιας διεθνούς ομάδας επιστημόνων του Curiosity στην ανακάλυψη αμέτρητων οργανικών μορίων – που περιέχουν άνθρακα – στην επιφάνεια του Άρη.
«Πρέπει να ανοίξουμε το μυαλό μας και να σκεφτούμε έξω από το κουτί, και αυτό κάνει αυτό το έγγραφο», είπε ο Eigenbrod.
Οι ερευνητές ανέφεραν δύο μη βιολογικές εξηγήσεις για την ασυνήθιστη υπογραφή άνθρακα στο έγγραφό τους. Ένα από αυτά περιλαμβάνει μοριακά νέφη.
Η υπόθεση του μοριακού νέφους δηλώνει ότι το ηλιακό μας σύστημα πέρασε από ένα μοριακό νέφος εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν. Αυτό είναι ένα σπάνιο γεγονός, αλλά συμβαίνει μία φορά κάθε 100 εκατομμύρια χρόνια, επομένως οι επιστήμονες δεν μπορούν να το αποκλείσουν. Τα μοριακά νέφη είναι κυρίως μοριακό υδρογόνο, αλλά κάποιος μπορεί να είναι πλούσιος στον ελαφρύτερο τύπο άνθρακα Curiosity που ανακαλύφθηκε στον κρατήρα Gale. Το σύννεφο μπορεί να έχει ψύχει σημαντικά τον Άρη, προκαλώντας την εμφάνιση παγετώνων σε αυτό το σενάριο. Η ψύξη και το πάγο εμπόδιζαν τον ελαφρύτερο άνθρακα στα μοριακά σύννεφα να αναμιχθεί με τον άλλο άνθρακα του Άρη, δημιουργώντας εναποθέσεις αυξημένου διοξειδίου του άνθρακα. Το έγγραφο αναφέρει ότι «η τήξη των παγετώνων κατά την περίοδο των παγετώνων και η υποχώρηση των πάγων στη συνέχεια θα πρέπει να αφήσει διαστρικά σωματίδια σκόνης στη γεωμορφολογική επιφάνεια».
Η υπόθεση ταιριάζει αφού το Curiosity βρήκε μερικά υψηλά επίπεδα C12 στις κορυφές της κορυφογραμμής – όπως η κορυφογραμμή Vera Rubin – και άλλα ψηλά σημεία στον κρατήρα Gale. Τα δείγματα συλλέχθηκαν από «…μια ποικιλία πετρωμάτων (αργιλόλιθος, άμμος και ψαμμίτης) και διανεμήθηκαν προσωρινά κατά τη διάρκεια των επιχειρήσεων της αποστολής μέχρι σήμερα», αναφέρει το έγγραφο. Ωστόσο, η υπόθεση του μοριακού νέφους είναι μια απίθανη αλυσίδα γεγονότων.
Το ρόβερ Curiosity της NASA σηκώνει τον ρομποτικό του βραχίονα με το τρυπάνι να δείχνει προς τον ουρανό καθώς εξερευνά την κορυφογραμμή Vera Rubin στη βάση του όρους Sharp μέσα στον κρατήρα Gale – με φόντο ένα μακρινό χείλος κρατήρα. Αυτό το μωσαϊκό κάμερας Navcam είναι ραμμένο από ακατέργαστες εικόνες που τραβήχτηκαν στο Sol 1833, 2 Οκτωβρίου 2017, και έχει χρωματιστεί. Πίστωση: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.
Μια άλλη μη βιολογική υπόθεση περιλαμβάνει το υπεριώδες φως. Η ατμόσφαιρα του Άρη περιέχει περισσότερο από 95% διοξείδιο του άνθρακα και σε αυτό το σενάριο, το υπεριώδες φως μπορεί να αντιδράσει με αέριο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα του Άρη με αποτέλεσμα νέα σωματίδια που περιέχουν άνθρακα. Τα σωματίδια θα είχαν πέσει βροχή στον Άρη και θα είχαν γίνει μέρος των βράχων εκεί. Αυτή η υπόθεση είναι παρόμοια με το πώς τα μεθανογόνα παράγουν έμμεσα το C12 στη Γη, αλλά είναι εντελώς αβιοτική.
«Και οι τρεις εξηγήσεις ταιριάζουν με τα δεδομένα», είπε ο κύριος συγγραφέας Christopher House. «Απλώς χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα για να τα αποκλείσουμε ή να τα αποκλείσουμε».
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη διευκρινίζει τις τρεις υποθέσεις που θα μπορούσαν να εξηγήσουν την υπογραφή του άνθρακα. Το μπλε δείχνει βιολογικά παραγόμενο μεθάνιο από το εσωτερικό του Άρη, το οποίο καθίζανε την εξαντλημένη οργανική ύλη στους 13 °C μετά τη φωτόλυση. Το πορτοκαλί δείχνει φωτοχημικές αντιδράσεις μέσω του υπεριώδους φωτός που μπορεί να οδηγήσει σε πολλά ατμοσφαιρικά προϊόντα, μερικά από τα οποία μπορεί να εναποτεθούν ως οργανική ύλη με χημικούς δεσμούς που σπάνε εύκολα. Το γκρι δείχνει την υπόθεση του μοριακού νέφους. Πίστωση: House et al. 2022.
«Στη Γη, οι διαδικασίες που παράγουν το σήμα άνθρακα που ανιχνεύουμε στον Άρη είναι βιολογικές διεργασίες», πρόσθεσε ο Χάουζ. «Πρέπει να καταλάβουμε αν η ίδια εξήγηση λειτουργεί για τον Άρη ή αν υπάρχουν άλλες εξηγήσεις επειδή ο Άρης είναι εντελώς διαφορετικός».
Περίπου τα μισά από τα δείγματα του Curiosity περιείχαν απροσδόκητα υψηλά επίπεδα C12. Όχι μόνο είναι υψηλότερο από το ποσοστό της Γης. Είναι υψηλότερο από αυτό που έχουν βρει οι επιστήμονες στους μετεωρίτες του Άρη και στην ατμόσφαιρα του Άρη. Τα δείγματα προέρχονταν από πέντε τοποθεσίες στον κρατήρα Gale, και όλες οι τοποθεσίες είχαν ένα κοινό χαρακτηριστικό: είχαν καλοδιατηρημένες αρχαίες στέγες.
Όπως είπε ο Paul Mahaffy, τα αποτελέσματα είναι «εντυπωσιακά ενδιαφέροντα». Αλλά οι επιστήμονες εξακολουθούν να μαθαίνουν για τον κύκλο του άνθρακα στον Άρη, και ακόμα δεν γνωρίζουμε πολλά. Είναι δελεαστικό να κάνουμε υποθέσεις για τον κύκλο του άνθρακα στον Άρη με βάση τον κύκλο του άνθρακα στη Γη. Αλλά ο άνθρακας μπορεί να κυκλοφορεί μέσω του Άρη με τρόπους που δεν έχουμε ακόμη μαντέψει. Το αν αυτή η υπογραφή άνθρακα είναι τελικά σημάδι ζωής είναι ακόμα πολύτιμη γνώση όταν πρόκειται για την κατανόηση της υπογραφής άνθρακα του Άρη.
«Ο καθορισμός του κύκλου του άνθρακα στον Άρη είναι απολύτως κλειδί για την προσπάθεια κατανόησης του τρόπου με τον οποίο η ζωή μπορεί να ταιριάζει σε αυτόν τον κύκλο», δήλωσε ο Andrew Steele, επιστήμονας περιέργειας στο Ινστιτούτο Επιστήμης Carnegie στην Ουάσιγκτον, DC. «Το έχουμε κάνει με επιτυχία στη Γη, αλλά μόλις αρχίζουμε να ορίζουμε αυτόν τον κύκλο για τον Άρη».
Αλλά δεν είναι εύκολο να εξαχθούν συμπεράσματα για τον Άρη με βάση τον κύκλο του άνθρακα στη Γη. Ο Steele εξήγησε αυτό όταν είπε: «Υπάρχει ένα μεγάλο μέρος του κύκλου του άνθρακα στη Γη που περιλαμβάνει ζωή, και λόγω της ζωής, υπάρχει ένα μεγάλο μέρος του κύκλου του άνθρακα στη Γη που δεν καταλαβαίνουμε γιατί όπου κι αν κοιτάξουμε, υπάρχει ζωή .”
Το ρόβερ Perseverance της NASA αναζητά σημάδια αρχαίας ζωής στον Άρη στον κρατήρα Jezero. Τα αποτελέσματα από το Curiosity θα μπορούσαν να ενημερώσουν τις δραστηριότητες δειγματοληψίας επιμονής. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Το Curiosity εξακολουθεί να λειτουργεί στον Άρη και θα είναι για λίγο. Το νόημα αυτών των δειγμάτων, μαζί με την καλύτερη κατανόηση του κύκλου του άνθρακα στον Άρη, βρίσκεται μπροστά. Το Curiosity θα πάρει περισσότερα δείγματα πετρωμάτων για να μετρήσει τις συγκεντρώσεις ισοτόπων άνθρακα. Θα δοκιμάσει πετρώματα από άλλες αρχαίες, καλοδιατηρημένες επιφάνειες για να δει αν τα αποτελέσματα είναι παρόμοια με αυτά. Στην ιδανική περίπτωση, θα συναντούσε μια άλλη στήλη μεθανίου και θα λάμβανε δείγματα, αλλά αυτά τα γεγονότα είναι απρόβλεπτα και δεν υπάρχει τρόπος να προετοιμαστείτε για ένα.
Είτε έτσι είτε αλλιώς, αυτά τα αποτελέσματα θα βοηθήσουν στη συλλογή δειγμάτων εμμονής στον κρατήρα Jezero. Η επιμονή μπορεί να επιβεβαιώσει παρόμοια σήματα άνθρακα και ακόμη και να καθορίσει εάν είναι βιολογικά ή όχι.
Η επιμονή συλλέγει επίσης δείγματα για να επιστρέψει στη Γη. Οι επιστήμονες θα μελετήσουν αυτά τα δείγματα πιο ενεργά από ό,τι το εργαστήριο στο rover, οπότε ποιος ξέρει τι θα μάθουμε.
Η αρχαία ζωή στον Άρη είναι μια δελεαστική πιθανότητα, αλλά προς το παρόν, τουλάχιστον, δεν είναι σίγουρο.
Αρχικά δημοσιεύτηκε στο σύμπαν σήμερα.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτήν την έρευνα, βλ.
Παραπομπή: «Συνθέσεις εξαντλημένων ισοτόπων άνθρακα που παρατηρήθηκαν στον κρατήρα Gale, Mars» από τον Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin και Paul R. Mahaffey, 17 Ιανουαρίου 2022, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”