Органический углерод, обнаруженный в марсианских породах: новый ключ к жизни на планете?

Из-за своей близости и большого сходства с Землей Марс долгое время давал надежду на обнаружение следов внеземной жизни. Определенные условия, такие как наличие жидкой воды на его поверхности в прошлом, могли позволить развиться жизни. Однако до сих пор не было обнаружено никаких следов или конкретных доказательств существования жизни на Красной планете. Многие миссии пытались обнаружить такие доказательства, включая марсоход Curiosity. Недавно НАСА показало, что породы, собранные марсоходом, содержат высокий уровень органического углерода - пребиотической молекулы, необходимой для развития жизни. Однако исследователи не слишком надеются на эти результаты и считают, что углерод мог быть получен из неживых источников, таких как метеориты.

Некоторые исследования предполагают, что Марс мог потерять способность сохранять атмосферу и жидкую воду из-за потери магнитного поля. Потеря этих факторов, необходимых для любой формы жизни, привела к превращению планеты в засушливую, негостеприимную планету, подвергающуюся бомбардировке космической радиацией, которую мы знаем сегодня.

Очевидно, есть свидетельства того, что раньше на планете существовала более плотная атмосфера, климат, подобный земному, и жидкая вода, образующая моря и реки. Эти данные побудили ученых более пристально изучить марсианскую почву и горные породы, полагая, что если бы на Марсе когда-либо могла существовать жизнь, то он содержал бы достаточное количество органического углерода.

Согласно теориям пребиотической химии, органические молекулы, восстановленные и используемые первыми формами жизни, должны были быть выработаны в первобытной атмосфере из метана и простой формы углерода. Последний, известный как органический углерод, состоит из атома углерода, соединенного с атомом водорода. Он является основой каждой органической молекулы, созданной и используемой всеми известными живыми системами.

Исследования в области астробиологии обычно используют эту модель для поиска следов внеземной жизни на Марсе. Марсоход Curiosity добился значительных успехов в изучении климата и геологии планеты, впервые измерив общее содержание органического углерода в образцах горных пород.

"Общий органический углерод - это одно из многих измерений [или индексов], которые помогают нам понять, сколько материала доступно в качестве сырья для пребиотической химии и потенциально биологии", — сказала Дженнифер Стерн, ведущий автор исследования и научный сотрудник Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте.

Результаты, представленные в новом исследовании, опубликованном в PNAS, были получены из грязевых пород (тонкая текстура осадочной породы, изначально состоящей из глины), пробуренных в заливе Йеллоунайф кратера Гейл, древнего марсианского озера. Глинистый камень возрастом 3,5 миллиарда лет сформировался как очень тонкий осадок (в результате физического и химического выветривания вулканических пород) в придонной воде озера и был погребен там.

Помимо жидкой воды и органического углерода, в кратере Гейла есть и другие условия, благоприятные для жизни, такие как химические источники энергии, низкая кислотность и другие элементы, необходимые для биологии (кислород, азот, сера и т.д.). "В принципе, это место могло бы обеспечить пригодную для жизни среду, если бы она когда-либо существовала", — говорит Стерн.

На борту марсохода Curiosity имеется современное аналитическое оборудование (SAM) для собранных образцов. Камни из Гейла были измельчены в порошок, а затем нагреты в печи при возрастающей температуре. Для высвобождения углеродной фракции в минералах требовались очень высокие температуры. Под воздействием тепла и кислорода органический углерод превращается в CO2. Количество полученного CO2 указывает на уровень содержания органического углерода в породах.

В осадочном порошке было измерено более 273 частей на миллион органического углерода. Этот результат, вероятно, показателен, так как примерно такое же количество было бы обнаружено в земных породах в районах, где мало жизни (например, в некоторых районах пустыни Атакама). Однако их будет больше, чем когда-либо было обнаружено в марсианских метеоритах.

Этот процесс также позволил SAM провести измерения изотопов углерода, что дает возможность определить их источник. Изотопы - это различные варианты одного элемента, где разница в массе обусловлена наличием одного или нескольких дополнительных нейтронов. Поскольку легкие изотопы реагируют быстрее, чем тяжелые, в молекуле органического углерода больше углерода-12 (самого легкого изотопа). Таким образом, изотопный анализ может определить, какая часть углерода является органической или нет (или минеральной).

Однако, хотя гипотезу биологического происхождения нельзя исключать, исследователи отмечают, что изотопы не могут полностью указывать на биологическое происхождение органического углерода. Органический углерод также может быть получен из магматического (вулканического) углерода и метеоритного органического вещества. Однако наиболее вероятным источником являются метеориты.