16 августа, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Марсоход Curiosity обнаружил сильную углеродную сигнатуру в слое горных пород — это может указывать на биологическую активность

Насколько нам известно, углерод имеет решающее значение для жизни. Поэтому каждый раз, когда мы обнаруживаем сильную углеродную сигнатуру где-то вроде Марса, это может указывать на биологическую активность.

Указывает ли сильный углеродный сигнал в марсианских породах на какие-то биологические процессы?

Любой сильный углеродный сигнал интригует, когда вы ищете жизнь. Это общий элемент всех известных нам форм жизни. Но существуют разные типы углерода, и углерод может концентрироваться в окружающей среде по другим причинам. Это не означает автоматически, что жизнь связана с углеродными сигнатурами.

Атомы углерода всегда имеют шесть протонов, но количество нейтронов может варьироваться. Атомы углерода с разным числом нейтронов называются изотопами. В природе встречаются три изотопа углерода: C12 и C13, которые стабильны, и C14, радионуклид. C12 имеет шесть нейтронов, C13 — семь нейтронов, а C14 — восемь нейтронов.

Когда дело доходит до изотопов углерода, жизнь предпочитает C12. Они используют его в фотосинтезе или для метаболизма пищи. Причина относительно проста. C12 имеет на один нейтрон меньше, чем C13, а это означает, что когда он связывается с другими атомами в молекулы, он образует меньше соединений, чем C13 в той же ситуации. Жизнь по своей сути ленива, и она всегда будет искать самый простой способ сделать что-то. C12 легче использовать, потому что он образует меньше связей, чем C13. До него легче добраться, чем до C13, и жизнь никогда не идет трудным путем, когда доступен более легкий путь.

Марсоход Curiosity усердно работает в кратере Гейла на Марсе в поисках признаков жизни. Он бурит горную породу, извлекает измельченный образец и помещает его в бортовую химическую лабораторию. Лаборатория Curiosity называется SAM, что означает Анализ проб на Марсе. Внутри SAM марсоход использует пиролиз, чтобы запечь образец и преобразовать углерод в породе в метан. Пиролиз осуществляется в потоке инертного гелия, чтобы предотвратить любое загрязнение в процессе. Затем он исследует газ с помощью прибора под названием Перестраиваемый лазерный спектрометр выяснить, какие изотопы углерода содержатся в метане.

Инструмент анализа образцов марсохода Curiosity НАСА на Марсе (SAM)

Инструмент Sample Analysis at Mars называется SAM. SAM состоит из трех различных инструментов, которые ищут и измеряют органические химические вещества и легкие элементы, которые являются важными ингредиентами, потенциально связанными с жизнью. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Команда Curiosity SAM изучила 24 образца горных пород с помощью этого процесса и недавно обнаружила кое-что примечательное. Шесть образцов показали повышенное отношение С12 к С13. По сравнению с наземным эталоном соотношения C12/C13 образцы из этих шести мест содержали C12 более чем на 70 частей на тысячу. На Земле 98,93% углерода составляет C12 Земли, а C13 образует оставшиеся 1,07%.

READ  Исчезающие переменные: уроки гаммы, йоты и му

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), представило результаты. Его название «Состав обедненных изотопов углерода наблюдается в кратере Гейла на Марсе.Ведущий автор — Кристофер Хаус, ученый Curiosity из Университета штата Пенсильвания.

Это захватывающее открытие, и если бы эти результаты были получены на Земле, они бы свидетельствовали о том, что биологический процесс привел к избытку C12.

На древней Земле поверхностные бактерии производили метан в качестве побочного продукта. Их называют метаногены, и это прокариоты из домена Archaea. Метаногены все еще присутствуют сегодня на Земле, в бескислородных водно-болотных угодьях, в пищеварительном тракте жвачных животных и в экстремальных условиях, таких как горячие источники.

Эти бактерии производят метан, который попадает в атмосферу, взаимодействуя с ультрафиолетом. Эти взаимодействия производят более сложные молекулы, которые падают на поверхность Земли. Они сохранились в горных породах Земли вместе с их углеродными сигнатурами. То же самое могло произойти и на Марсе, и если бы это произошло, это могло бы объяснить открытия Curiosity.

Но это март. Если история поиска жизни на Марсе и говорит нам что-то, то не для того, чтобы забегать вперед.

«Мы находим на Марсе заманчиво интересные вещи, но нам действительно нужно больше доказательств, чтобы сказать, что мы идентифицировали жизнь», — сказал Пол Махаффи, бывший главный исследователь отдела анализа образцов Curiosity в марсианской лаборатории. «Итак, мы смотрим, что еще могло вызвать углеродную сигнатуру, которую мы наблюдаем, если не жизнь».

Любопытство исследует тайну

Curiosity сделал эту 360-градусную панораму 9 августа 2018 года на хребте Веры Рубин. Кредиты: NASA/JPL-Caltech/MSSS

В своей статье авторы пишут: «Существует несколько правдоподобных объяснений аномально истощенного 13C наблюдается в выделенном метане, но ни одно объяснение не может быть принято без дальнейших исследований».

Одной из трудностей в понимании углеродных сигнатур, подобных этой, является наше так называемое земное смещение. Большая часть того, что ученые знают о химии атмосферы и связанных с ней вещах, основана на Земле. Поэтому, когда дело доходит до этой недавно обнаруженной углеродной сигнатуры на Марсе, ученым может быть сложно держать свой разум открытым для новых возможностей, которых может не быть на Марсе. История поиска жизни на Марсе говорит нам об этом.

«Самое сложное — это отпустить Землю и избавиться от того предубеждения, которое у нас есть, и действительно попытаться проникнуть в основы химии, физики и экологических процессов на Марсе», — сказала астробиолог Годдарда Дженнифер Л. Эйгенброуд, участвовавшая в исследовании. углеродное исследование. Ранее Эйгенброде возглавлял международную группу ученых Curiosity для обнаружения множества органических молекул, содержащих углерод, на поверхности Марса.

READ  COVID-19: необоснованная стигматизация непривитых

«Нам нужно открыть свой разум и мыслить нестандартно, — сказал Эйгенброуд, — и это то, что делает эта статья».

В своей статье исследователи указывают на два небиологических объяснения необычной углеродной подписи. Один включает молекулярные облака.

Гипотеза молекулярного облака утверждает, что наша Солнечная система прошла через молекулярное облако сотни миллионов лет назад. Это редкое событие, но оно случается примерно раз в 100 миллионов лет, так что ученые не могут его сбрасывать со счетов. Молекулярные облака в основном состоят из молекулярного водорода, но, возможно, одно из них было богато более легким углеродом, обнаруженным Curiosity в кратере Гейла. Облако заставило бы Марс остыть, что в этом сценарии вызвало бы оледенение. Охлаждение и оледенение не позволили бы более легкому углероду в молекулярных облаках смешиваться с другим углеродом Марса, создавая отложения с повышенным содержанием C12. В документе говорится, что «таяние ледников в ледниковый период и отступление льда после него должны оставлять частицы межзвездной пыли на ледниковой геоморфологической поверхности».

Гипотеза подтверждается, поскольку Curiosity обнаружил некоторые из повышенных уровней C12 на вершинах хребтов, таких как вершина хребта Веры Рубин, и других высоких точках кратера Гейла. Образцы были собраны из «… различных литологических пород (аргиллит, песок и песчаник) и на сегодняшний день распределены по времени во время операций миссии», — говорится в документе. Тем не менее, гипотеза молекулярного облака представляет собой маловероятную цепь событий.

Марсоход NASA Curiosity на хребте Веры Рубин

Марсоход НАСА Curiosity поднял свою роботизированную руку с буровой установкой, направленной в небо, во время исследования хребта Веры Рубин у подножия горы Шарп внутри кратера Гейла на фоне далекого края кратера. Эта мозаика камеры Navcam была сшита из необработанных изображений, сделанных 2 октября 2017 года, 1833 сола, и раскрашена. Предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Кен Кремер/kenkremer.com/Марко Ди Лоренцо.

Другая небиологическая гипотеза связана с ультрафиолетовым светом. Атмосфера Марса состоит более чем на 95% из углекислого газа, и в этом сценарии ультрафиолетовый свет взаимодействовал бы с углекислым газом в атмосфере Марса, создавая новые углеродсодержащие молекулы. Молекулы выпали бы дождем на поверхность Марса и стали бы там частью горной породы. Эта гипотеза похожа на то, как метаногены косвенно производят C12 на Земле, но она полностью абиотическая.

«Все три объяснения соответствуют данным», — сказал ведущий автор Кристофер Хаус. «Нам просто нужно больше данных, чтобы исключить их».

Carbon Signature Mars Rocks

На этом рисунке из исследования показаны три гипотезы, которые могут объяснить углеродную сигнатуру. Синий показывает биологически произведенный метан из марсианских недр, создающий отложение обедненного 13C органического материала после фотолиза. Оранжевый показывает фотохимические реакции в ультрафиолетовом свете, которые могут привести к различным атмосферным продуктам, некоторые из которых будут отлагаться в виде органического материала с легко разрушаемыми химическими связями. Серым цветом показана гипотеза молекулярного облака. Кредит: Хаус и др. 2022.

«На Земле процессы, которые производят углеродный сигнал, который мы обнаруживаем на Марсе, являются биологическими», — добавил Хаус. «Мы должны понять, работает ли то же самое объяснение для Марса или есть другие объяснения, потому что Марс очень отличается».

READ  Подробное исследование: познакомьтесь с призрачным осьминогом Каспером | Окружающая среда

Почти половина образцов Curiosity имели неожиданно повышенный уровень C12. Они не только выше, чем у Земли; они выше, чем ученые обнаружили в марсианских метеоритах и ​​марсианской атмосфере. Образцы взяты из пяти мест в кратере Гейла, и у всех мест есть одна общая черта: они имеют древние, хорошо сохранившиеся поверхности.

Как сказал Пол Махаффи, результаты «заманчиво интересны». Но ученые все еще изучают углеродный цикл Марса, и мы еще многое не знаем. Заманчиво делать предположения об углеродном цикле Марса, основываясь на земном углеродном цикле. Но углерод может перемещаться по Марсу способами, о которых мы даже не догадывались. Независимо от того, станет ли эта углеродная сигнатура сигналом для жизни или нет, это все равно будет ценным знанием, когда дело доходит до понимания углеродной сигнатуры Марса.

«Определение углеродного цикла на Марсе абсолютно необходимо для понимания того, как жизнь может вписаться в этот цикл», — сказал Эндрю Стил, ученый Curiosity из Института науки Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия. «Мы действительно успешно сделали это на Земле. , но мы только начинаем определять этот цикл для Марса».

Но делать выводы о Марсе, исходя из земного углеродного цикла, непросто. Стил ясно дал понять это, сказав: «На Земле есть огромная часть углеродного цикла, связанная с жизнью, и из-за жизни на Земле есть часть углеродного цикла, которую мы не можем понять, потому что, куда бы мы ни посмотрели, везде есть жизнь.»

Селфи Настойчивости в Рошетт

Марсоход NASA Perseverance ищет признаки древней жизни на Марсе в кратере Джезеро. Результаты Curiosity могут дать информацию о деятельности Perseverance по отбору проб. Авторы и права: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity все еще работает на Марсе и будет еще какое-то время. Значение этих образцов, наряду с лучшим пониманием углеродного цикла Марса, еще впереди. Curiosity возьмет пробу еще одной породы для измерения концентрации изотопов углерода. Он возьмет образцы породы с других хорошо сохранившихся древних поверхностей, чтобы увидеть, будут ли результаты аналогичны этим. В идеале он наткнется на еще один шлейф метана и возьмет его пробу, но эти события непредсказуемы, и к ним невозможно подготовиться.

В любом случае, эти результаты помогут Настойчивости собрать образцы в кратере Джезеро. Настойчивость может подтвердить подобные углеродные сигналы и даже определить, являются ли они биологическими или нет.

Настойчивость также собирает образцы для возвращения на Землю. Ученые изучат эти образцы более эффективно, чем бортовая лаборатория марсохода, так что кто знает, что мы узнаем.

Древняя жизнь на Марсе — заманчивая перспектива, но пока, по крайней мере, она неясна.

Первоначально опубликовано на Вселенная сегодня.

Подробнее об этом исследовании см.:

Ссылка: «Состав обедненных изотопов углерода, наблюдаемый в кратере Гейл, Марс», Кристофер Х. Хаус, Грегори М. Вонг, Кристофер Р. Вебстер, Грегори Дж. Флеш, Хизер Б. Франц, Дженнифер С. Стерн, Алекс Павлов, Сушил К. Атрея, Дженнифер Л. Эйгенброуд, Алексис Гилберт, Эми Э. Хофманн, Маева Миллан, Эндрю Стил, Дэниел П. Главин, Чарльз А. Малеспин и Пол Р. Махаффи, 17 января 2022 г., Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119