W poszukiwaniu obcych na Marsie. Jeśli życie tam było, to może przetrwało?
Ostatnio naukowcy z Uniwersytetu Brown przebadali skład chemiczny marsjańskich meteorytów - kawałków skał, które zostały wyrzucone z Marsa i ostatecznie trafiły na Ziemię. Analiza wskazała, że w kontakcie z wodą skały te mogą produkować chemiczną energię, która umożliwia życie mikroorganizmom, podobnie jak ma to miejsce na dużych głębokościach na Ziemi.
Przebadane meteoryty mogą zdaniem naukowców stanowić próbę reprezentatywną dla dużej części skorupy Marsa, co oznacza, że znaczna część obszaru podpowierzchniowego planety nadaje się do podtrzymania życia. "Ważne wnioski z punktu widzenia naukowej eksploracji warstw pod powierzchnią są takie, że gdziekolwiek na Marsie znajduje się woda gruntowa, jest duża szansa na dostęp do wystarczających ilości energii chemicznej, aby podtrzymać mikrobiologiczne życie", mówił Jesse Tarnas, szef zespołu badawczego w komunikacie.
W ciągu ostatnich kilku dekad odkryto na Ziemi, że głęboko pod powierzchnią żyją liczne organizmy, które pozbawione dostępu do światła, czerpią energię z produktów chemicznych reakcji zachodzących, gdy woda wejdzie w kontakt ze skałami. Jedną z takich reakcji jest radioliza. Zachodzi, gdy radioaktywne pierwiastki skał powodują rozpad cząsteczek wody na wodór i tlen. Uwolniony wodór rozpuszcza się w obecnej na miejscu wodzie, zaś niektóre minerały takie jak piryt pochłaniają tlen, tworząc siarczany.
Mikroby mogą pochłaniać rozpuszczony w wodzie wodór i używać go jako paliwa w reakcji z tlenem z siarczanów. Na przykład w kanadyjskiej kopalni Kidd Creek (1) tego typu mikroby znajdowano na głębokości prawie dwa kilometry w wodzie, do której nie docierało słońce przez ponad miliard lat.
Kidd Creek
W marsjańskich meteorytach badacze znaleźli potrzebne do radiolizy substancje w ilościach wystarczających do podtrzymania życia. Na Marsie nie ma ruchu płyt tektonicznych, więc pradawne tereny, z których pochodzą odłamki, pozostały do teraz w dużej mierze nienaruszone.
Wcześniejsze badania wskazały na ślady aktywnych systemów wód gruntowych na planecie. Istnieje przy tym niemałe prawdopodobieństwo, że tego typu systemy istnieją do dzisiaj. Jedno z niedawnych badań wskazało np. na możliwość istnienia podziemnego jeziora pod pokrywą lodową. Badania podpowierzchniowe będą stanowiły większą trudność niż dotychczasowa eksploracja, ale nie jest to zdaniem autorów pracy wyzwanie, z którym nie możemy sobie poradzić.
Poszlaki chemiczne
W 1976 roku lądownik NASA Viking 1 (2) wylądował na równinie Chryse Planitia. Stał się pierwszym lądownikiem, który z sukcesem osiadł na Marsie. "Pierwsze poszlaki pojawiły się, gdy otrzymaliśmy zdjęcia z Vikinga, na których widać było ślady wyrzeźbień powstających na Ziemi zwykle wskutek opadów deszczu", opowiadał Alexander Hayes, dyrektor Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science, w rozmowie z serwisem "Inverse". "Na Marsie obecna była przez długi czas woda w stanie ciekłym, która rzeźbiła powierzchnię i wypełniała kratery, tworząc jeziora".
Vikingi 1 i 2 miały na pokładzie małe "laboratoria" astrobiologiczne do przeprowadzania eksperymentów w poszukiwaniu śladów życia na Marsie. Eksperyment Labeled Release polegał na wymieszaniu małych próbek marsjańskiej gleby z kroplami wody zawierającej roztwór odżywczy i trochę węgla aktywnego w celu zbadania substancji gazowych, które mogłyby być produkowane przez organizmy żywe na Marsie.
Badanie próbki gleby wykazało ślady metabolizmu, ale naukowcy nie byli zgodni co do tego, czy ten wynik jest pewnym znakiem, że istniało życie na Marsie, ponieważ gaz mógł zostać wyprodukowany przez coś innego niż życie. Na przykład, światło ultrafioletowe pochodzące ze Słońca mogło równie dobrze aktywować glebę, tworząc gaz. Inny eksperyment przeprowadzony przez misję Viking szukał śladów materiału organicznego i nie znalazł żadnych. Czterdzieści lat później naukowcy patrzą na te początkowe eksperymenty ze sceptycyzmem.
W grudniu 1984 roku, w Allan Hills na Antarktydzie został znaleziony kawałek Marsa. Meteoryt, nazwany ALH84001, ważył około czterech funtów i prawdopodobnie pochodził z Marsa, zanim pradawny impakt wystrzelił go z powierzchni Czerwonej Planety w kierunku Ziemi.
W 1996 roku grupa naukowców zajrzała do wnętrza fragmentu meteorytu i dokonała zaskakującego odkrycia. Wewnątrz meteorytu znaleźli struktury podobne do tych, które mogłyby zostać utworzone przez mikroby (3), a także wykryli obecność materiałów organicznych. Początkowe twierdzenia o życiu na Marsie nie były powszechnie akceptowane, ponieważ naukowcy znaleźli inne sposoby interpretacji struktur wewnątrz meteorytu, twierdząc, że obecność materiału organicznego mogło spowodować zanieczyszczenie materiałami z Ziemi.
W 2008 r. łazik Spirit natknął się na dziwny kształt wystający z powierzchni Marsa w kraterze Gusev. Strukturę nazwano "kalafiorem" ze względu na kształt (4). Na Ziemi takie formacje krzemionkowe są wiązane z aktywnością mikrobiologiczną. Niektórzy szybko zasugerowali, że zostały one uformowane przez marsjańskie bakterie. Jednakże mogły one być również ukształtowane przez procesy niebiologiczne, jak erozja wietrzna.
Prawie dekadę później, należący do NASA łazik Curiosity znalazł ślady siarki, azotu, wodoru, tlenu, fosforu i węgla (kluczowe składniki życia) podczas wiercenia w marsjańskiej skale. Łazik znalazł również siarczany i siarczki, które mogły być wykorzystane jako pożywienie dla mikrobów na Marsie miliardy lat temu.
Naukowcy uważają, że prymitywne formy mikrobów mogły znaleźć wystarczającą ilość energii, żywiąc się marsjańskimi skałami. Minerały wskazywały również na skład chemiczny samej wody, zanim wyparowała z Marsa. Zdaniem Hayesa, zdatnej do picia dla ludzi.
przez łazika Spirit
W 2018 r. Curiosity znalazł również kolejne dowody na obecność metanu w marsjańskiej atmosferze. Potwierdzało to wcześniejsze obserwacje śladowych ilości metanu, zarówno przez orbitery, jak i łaziki. Na Ziemi metan jest uważany za biosygnaturę i oznakę życia. Gazowy metan nie utrzymuje się długo po wyprodukowaniu, rozpadając się na inne cząsteczki. Wyniki badań sugerują, że ilość metanu na Marsie wzrasta i opada sezonowo. To skłoniło naukowców do jeszcze silniejszego przypuszczenia, że metan jest produkowany przez żywe organizmy na Marsie. Inni sądzą jednak, że metan może być wytwarzany przez nieznane nam jeszcze nieorganiczne procesy chemiczne zachodzące na Marsie.
W maju tego roku NASA ogłosiła na podstawie analizy danych z Sample Analysis at Mars (SAM), przenośnego laboratorium chemicznego na pokładzie Curiosity, że na Marsie prawdopodobnie obecne są sole organiczne, co może dostarczyć kolejnych poszlak, że na Czerwonej Planecie istniało kiedyś życie.
Według publikacji na ten temat, w "Journal of Geophysical Research: Planets", sole organiczne, takie jak szczawiany i octany żelaza, wapnia i magnezu, mogą być szeroko rozpowszechnione w marsjańskich osadach powierzchniowych. Sole te są chemiczną pozostałością po związkach organicznych. Planowany łazik Europejskiej Agencji Kosmicznej ExoMars, który jest wyposażony w możliwość wiercenia do głębokości do ok. dwóch metrów, zostanie wyposażony w tzw. instrument Goddarda, który przeanalizuje chemię głębszych warstw gleby marsjańskiej i być może pozwoli dowiedzieć się więcej o tych organicznych substancjach.
Nowy łazik wyposażony w osprzęt do poszukiwania śladów życia
Od lat 70. XX wieku, z biegiem czasu i kolejnych misji, coraz więcej dowodów wskazywało, że Mars mógł gościć życie w swojej wczesnej historii, kiedy planeta była wilgotnym, ciepłym światem. Jednak jak do tej pory żadne z odkryć nie dostarczyło rozstrzygającego dowodu istnienia marsjańskiego życia, czy to w przeszłości, czy obecnie.
Naukowcy chcą, by nowa misja NASA łazika Perseverance, która rozpoczęła się w lutym 2021 r. znalazła te hipotetyczne wczesne oznaki życia. W odróżnieniu od poprzednika, łazika Curiosity z laboratorium MSL na pokładzie, jest on przystosowany do poszukiwania i znajdowania takich śladów.
Perseverance zbada krater Jezero, szeroki na ok. 40 km i głęboki na 500 metrów krater znajdujący się w niecce nieco na północ od marsjańskiego równika. W kraterze Jezero znajdowało się kiedyś jezioro, którego wyschnięcie nastąpiło, jak się szacuje, 3,5 do 3,8 miliarda lat temu, co czyni go idealnym środowiskiem do poszukiwania śladów pradawnych mikroorganizmów, które mogły żyć w wodach jeziora. Perseverance nie tylko zbada marsjańskie skały, ale także zbierze próbki skał i przechowa je do przyszłej misji powrotnej na Ziemię, gdzie zostaną zbadane w laboratorium.
Polowaniem na biosygnatury zajmuje się zestaw kamer i innych instrumentów łazika, zwłaszcza Mastcam-Z (umieszczona na maszcie łazika), który może powiększać obraz, aby zbadać interesujące z naukowego punktu widzenia cele.
Zespół naukowy misji może zlecić instrumentowi SuperCam Perseverance skierowanie wiązki lasera w kierunku interesującego celu (5), co generuje niewielką chmurę lotnego materiału, który może być analizowany pod kątem składu chemicznego. Jeśli te dane okażą się obiecujące, zespół sterujący może wydać polecenie badawczemu robotycznemu ramieniu łazika, aby podjęło pogłębione badania. Ramię wyposażone jest m.in. w PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) korzystający z stosunkowo silnej wiązki promieniowania rentgenowskiego do poszukiwania potencjalnych chemicznych śladów życia.
Inny instrument, o nazwie SHERLOC (the Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals), jest wyposażony we własny laser i może wykrywać stężenia cząsteczek organicznych i minerałów, które powstały w środowiskach wodnych. Razem, SHERLOC i PIXL mają dostarczyć wysokiej rozdzielczości mapy pierwiastków, minerałów i cząsteczek w marsjańskich skałach i osadach, umożliwiając astrobiologom ocenę ich składu i określenie najbardziej obiecujących próbek do pobrania.
NASA stosuje teraz inne podejście w poszukiwaniu mikrobów niż dawniej. W przeciwieństwie do lądowników Viking, Perseverance nie będzie szukał chemicznych oznak metabolizmu. Zamiast tego będzie krążył po powierzchni Marsa w poszukiwaniu osadów. Te mogą zawierać organizmy już martwe, więc o metabolizmie nie ma mowy, natomiast ich skład chemiczny może nam powiedzieć wiele o przeszłości życia w tym miejscu. Próbki zebrane przez Perseverance mają być zebrane i powrócić na Ziemię, zabrane przez przyszłą misję. Ich analiza ma być przeprowadzona w laboratoriach naziemnych. Zakłada się więc, że ostateczny dowód na dawne istnienie Marsjan pojawi się na Ziemi.
Naukowcy mają nadzieję, że uda się znaleźć na Marsie taką cechę powierzchni, której nie można przypisać niczemu innemu niż istnieniu starożytnego życia mikrobiologicznego. Jedną z takich wyobrażanych formacji może być coś w rodzaju stromatolitu.
Na Ziemi, stromatolity (6) są skalnymi kopcami utworzonymi przez mikroorganizmy wzdłuż dawnych linii brzegowych i w innych środowiskach, gdzie energia do metabolizmu i woda były obfite.
Większość wody nie uciekła w kosmos
Nie potwierdziliśmy jeszcze istnienia życia w głębokiej przeszłości Marsa, ale i tak zastanawiamy się, co mogło spowodować jego zniknięcie (jeśli życie rzeczywiście znikło, a nie schowało się np. głęboko pod powierzchnię). Podstawa życia, przynajmniej takiego, jakie znamy, to woda. Szacuje się, że wczesny Mars mógł mieć tyle wody w stanie ciekłym, że pokryłaby ona jego całą powierzchnię warstwą o grubości od 100 do 1500 m. Dziś jednak Mars przypomina raczej suchą pustynię, a naukowcy wciąż starają się dowiedzieć, co spowodowało takie zmiany.
Naukowcy starają się np. wyjaśnić, w jaki sposób Mars utracił wodę, która miliardy lat temu znajdowała się na jego powierzchni. Najczęściej sądzono, że znacząca część dawnej wody na Marsie uciekła przez jego atmosferę do przestrzeni kosmicznej. Mniej więcej w tym samym czasie Mars miał utracić swoje planetarne pole magnetyczne, chroniące jej atmosferę przed strumieniem cząstek wylatujących ze Słońca. Po utracie pola magnetycznego z powodu działania Słońca zanikać zaczęła atmosfera marsjańska, a wraz z nią znikała też woda. Według stosunkowo nowych badań NASA, duża część utraconej wody mogła zostać uwięziona w skałach, w skorupie planety.
Naukowcy przeanalizowali zbiór danych zgromadzonych z badań Marsa na przestrzeni wielu lat i na ich podstawie wnioskują jednak, że ucieczka wody z atmosfery w przestrzeń odpowiada za jedynie część znikania wody ze środowiska marsjańskiego. Z ich wyliczeń wynika, że większość tej wody, której brakuje obecnie, została związana w minerałach w skorupie planety. Rezultaty tych analiz zostały przedstawione przez Evę Scheller z Caltechu i jej zespół na 52. Konferencji Planetologii i Nauk o Księżycu (LPSC). Artykuł podsumowujący wyniki tych prac został opublikowany na łamach czasopisma "Science".
W badaniach szczególną uwagę zwrócono na stosunek zawartości deuteru (cięższego izotopu wodoru) do wodoru. Deuter występuje naturalnie w wodzie w ilości około 0,02 proc. w stosunku do obecności "zwykłego" wodoru. Zwykły wodór z racji mniejszej masy atomowej łatwiej jest w stanie uciec z atmosfery w przestrzeń kosmiczną. Zwiększony stosunek deuteru do wodoru mówi nam więc pośrednio o tym, jakie było tempo ucieczki wody z Marsa w kosmos.
Naukowcy wysnuli wniosek, że obserwowany stosunek deuter-wodór i dowody geologiczne na dużą ilość wody w marsjańskiej przeszłości wskazują na to, że utrata wody przez planetę nie mogła się odbyć jedynie w wyniku ucieczki z atmosfery w przestrzeń kosmiczną. Zaproponowano więc mechanizm, który łączy ucieczkę atmosferyczną z uwięzieniem części wody w skałach. Woda, oddziałując na skały, pozwala na tworzenie się iłów i innych uwodnionych minerałów. Taki sam proces zachodzi na Ziemi.
Na naszej planecie jednak aktywność płyt tektonicznych powoduje, że stare fragmenty skorupy z uwodnionymi minerałami są topione w płaszczu, a następnie powstała woda oddawana w procesach wulkanicznych z powrotem do atmosfery. Na Marsie niemającym płyt tektonicznych zamykanie wody w skorupie jest procesem nieodwracalnym
Marsjańskie pojezierze wewnętrzne
Zaczęliśmy od podpowierzchniowego życia i wróćmy do niego na koniec. Uczeni sądzą, że doskonałym jego siedliskiem w warunkach marsjańskich mogłyby być ukryte głęboko pod warstwami gleby i lodu zbiorniki wodne. Dwa lata temu naukowcy planetarni donieśli o odkryciu dużego jeziora słonej wody pod lodem na południowym biegunie Marsa, co spotkało się z jednej strony z entuzjastycznym przyjęciem, ale również i z pewnym sceptycyzmem.
Jednak w 2020 r. badacze po raz kolejny potwierdzili istnienie tego jeziora i znaleźli trzy kolejne. Odkrycia, które opisano w "Nature Astronomy", dokonano na podstawie danych radarowych z sondy Mars Express. "Zidentyfikowaliśmy ten sam zbiornik wody, który odkryto wcześniej, ale znaleźliśmy również trzy inne zbiorniki wody wokół głównego", mówiła planetolog Elena Pettinelli z uniwersytetu w Rzymie, która jest jednym ze współautorów pracy. "To złożony system". Jeziora są rozmieszczone na obszarze około 75 tys. kilometrów kwadratowych. Jest to obszar mniej więcej jednej piątej wielkości Niemiec. Największe, centralne jezioro ma 30 kilometrów średnicy i jest otoczone przez trzy mniejsze jeziora, każde o szerokości kilku kilometrów.
Na Ziemi życie jest w stanie przetrwać w jeziorach subglacjalnych np. na Antarktydzie. Jednak ilość obecnej w warunkach marsjańskich soli może stanowić problem. Uważa się, że podziemne jeziora na Marsie (7) muszą mieć dużą zawartość soli, aby woda mogła pozostawać w stanie ciekłym. Głęboko pod powierzchnią może oddziaływać ciepło pochodzące z wnętrza Marsa, jednak samo to, zdaniem naukowców, nie wystarczy do stopienia lodu. "Z termicznego punktu widzenia, ta woda musi być bardzo słona", mówi Pettinelli. Jeziora z zawartością soli, około pięciu razy większej niż w wodzie morskiej mogą podtrzymywać życie, ale gdy stężenie zbliża się do dwudziestokrotności zasolenia wody morskiej, życie nie występuje.
Jeśli w końcu uda nam się znaleźć życie na Marsie i jeśli z badań DNA okaże się, że marsjańskie organizmy są spokrewnione z ziemskimi, to odkrycie może zrewolucjonizować nasze spojrzenie na pochodzenie życia w ogóle, przesuwając perspektywę z czysto ziemskiej na cały wczesny Układ Słoneczny. Jeśli badania wykazałyby, że marsjańscy obcy nie mają z naszym życiem nic wspólnego i wyewoluowali całkiem niezależnie, to również oznaczałoby rewolucję. Sugerowałoby bowiem, że życie w kosmosie jest czymś powszechnym, skoro powstało niezależnie na pierwszej z brzegu planecie obok Ziemi.
Mirosław Usidus
