Марсоход обнаружил углеродный след, намекающий на источник жизни в прошлом

С 2012 года марсоход НАСА Curiosity бороздит Марс, сверля горные породы и прогоняя песок через сложную бортовую химическую лабораторию, пытаясь найти доказательства существования жизни. Сегодня группа ученых, изучающих марсоход, объявила об интригующем сигнале, который может быть или не быть свидетельством прошлой жизни, но, по крайней мере, является удивительно странным. Команда обнаружила, что углерод в горстке пород, исследованных марсоходом, значительно обогащен легкими изотопами углерода. На Земле этот сигнал был бы воспринят как убедительное доказательство существования древней микробной жизни.

Однако, учитывая, что речь идет о Марсе, исследователи не хотят делать грандиозных заявлений, и они приложили все усилия, чтобы придумать альтернативные небиологические объяснения, связанные с ультрафиолетовым излучением и звездной пылью. Но эти альтернативы по меньшей мере столь же надуманны, как и сценарий, в котором подземные микробы выделяют обогащенный углерод в виде газа метана. По словам Кристофера Хауса, биогеохимика из Университета штата Пенсильвания, Университетский парк, и ведущего автора исследования, опубликованного сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, это исследование "увеличивает правдоподобность" того, что микробы когда-то существовали на планете и могут существовать и сегодня.

Марк Харрисон, планетолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, не связанный с командой марсохода, согласен с тем, что обогащение углеродом - это дразнящий намек на древнюю жизнь. Но "авторы достаточно консервативны", - говорит он, отмечая, что подобные сигнатуры обсуждаются даже на Земле и что небиологические объяснения не могут быть исключены.

В новом исследовании используется проверенное временем понимание: Жизнь ленива. Углерод существует в двух стабильных изотопных формах: "легкий" углерод-12, который составляет подавляющее большинство углерода, и углерод-13, который утяжелен дополнительным нейтроном. Из-за этого дополнительного нейтрона углерод-13 имеет тенденцию создавать молекулы с несколько более прочными связями. В результате жизнь выработала механизмы, которые предпочитают более легкий в расщеплении углерод-12, и большинство органических молекул, созданных жизнью, обогащены углеродом-12. Метан с рисовых полей, например, обогащен легким углеродом, по сравнению с небиологическим метаном из гидротермальных источников на морском дне.

Команда изучила 24 различных образца горных пород, пробуренных во время путешествия Curiosity по кратеру Гейл, который содержит грязевые камни древнего озера. Измельченная порода была запечена в печи в брюхе марсохода, в результате чего следовые количества углерода, содержащиеся в породе, превратились в газ метан. Затем газ был исследован лазером, который показал изотопный состав метана. Результаты сильно варьировались, но в шести местах количество углерода-12 в углероде-13 было более чем на 70 частей на тысячу выше, чем земной эталон. "Это драматические сигналы", - говорит Хаус. Поскольку самые сильные сигналы исходили от пород на вершинах хребтов и других топографических возвышенностей в кратере, команда считает, что обогащенный углерод каким-то образом выпал из атмосферы миллиарды лет назад, а не был оставлен озерными отложениями.

Концентрирование легкого углерода до таких высоких уровней могло происходить в несколько этапов. Исследователи предполагают, что глубоко под землей живут микробы, питающиеся легким углеродом, содержащимся в марсианской магме, и выделяющие газ метан. (В марсианской атмосфере не хватает легкого углерода, поэтому исследователи считают его маловероятным сырьем для микробов). Затем другие микробы на поверхности питались бы выделяемым метаном, еще больше повышая уровень легкого углерода и фиксируя его в ископаемых останках после своей смерти.

Тем не менее, марсоход не обнаружил никаких физических следов древних микробов, поэтому исследователи говорят, что возможно глубинные микробы запустили процесс обогащения, а ультрафиолетовый свет довел его до конца. Ультрафиолетовый свет мог расщепить микробный метан, еще больше обогатив его легким углеродом и создав дочерние продукты, такие как формальдегид, которые со временем осели бы на поверхности.

Или, возможно, молодая Солнечная система, включая ранний Марс, прошла через межзвездное облако газа и пыли, что, как считается, происходит каждые 100 миллионов лет или около того. Углерод в такой пыли светлый, что соответствует уровням, наблюдаемым Curiosity, судя по образцам, попавшим в метеориты. Облако могло заблокировать солнечный свет и погрузить Марс в глубокий мороз, вызвав широкомасштабное оледенение и предотвратив разбавление легкого углерода в дожде космической пыли другими источниками углерода. Хаус признает, что этот сценарий требует невероятного совпадения событий, а доказательств оледенения в кратере Гейла нет. Но он говорит, что исключать его нельзя.

Более прозаично, несколько исследований показывают, что ультрафиолетовые лучи могут генерировать сигнал вообще без помощи биологии. Ультрафиолет может реагировать с двуокисью углерода, которая составляет 96% марсианской атмосферы, производя угарный газ, обогащенный углеродом-12. Юитиро Уэно, планетарный ученый из Токийского технологического института, говорит, что недавно он подтвердил возможность этого процесса в неопубликованных лабораторных результатах. "Полученные соотношения изотопов углерода в точности соответствуют моим ожиданиям", - говорит он.

Уэно говорит, что ранний Марс мог иметь другую атмосферу, возможно, богатую водородом, который вступал в реакцию с угарным газом, образуя множество органических молекул. В конечном итоге они выпали бы из воздуха, оставив следы, которые обнаружил Curiosity.

Все эти сценарии могли разыграться в древнем прошлом. Но Curiosity также ищет углерод в современном марсианском воздухе. Он обнаружил метан, но в слишком низкой концентрации, чтобы марсоход мог напрямую измерить уровень изотопов углерода. (Если легкий углерод будет обнаружен в более толстом шлейфе метана, это откроет еще более захватывающие возможности, говорит Хаус. "Даже если мы рассматриваем потенциально древний процесс, метан сегодня может быть из той же биосферы, которая поддерживается до сих пор".