Dybt inde i et gammelt krater på Mars har en Nasa-rover fundet så meget organisk materiale, at én bestemt forklaring bliver stadigt mere troværdig.
Forskere kløer sig i hovedet over en sten i Gale-krateret, som roveren Curiosity har undersøgt indgående. I dette lille stykke marsjord er der fundet uventet store mængder af organiske forbindelser. Nye modeller viser, at kendte, livløse processer næppe kan forklare disse mængder. For første gang rykker scenariet med tidligt liv på Mars for alvor ind i centrum — selv om ingen endnu tør kalde det et gennembrud.
Curiosity støder på usædvanlig rig Mars-sten
Curiosity har siden 2012 udforsket Gale-krateret, en enorm nedslagskrater hvor der engang stod vand. I en muddersten, dannet på bunden af en forhistorisk sø, fandt det larvebåndskøretøj en usædvanligt rig blanding af organiske molekyler.
Der er tale om forbindelser med kæder på op til tolv kulstofatomer. For Mars-målestokken er det en betydelig fund. De fleste tidligere målinger leverede kun minimale spor, oftest på eller lige under overfladen.
Den målte mængde organisk materiale i denne sten hører, ifølge gængse modeller, simpelthen ikke hjemme på en kold, tynd og livløs planet.
Fra begyndelsen hang ét brændende spørgsmål over undersøgelsen: er der tale om en såkaldt biosignatur — et fingeraftryk fra mikrober der engang var til stede? Eller er det blot en ophobning af geokemiske tilfældigheder uden liv involveret?
Hvorfor organiske molekyler på Mars er så bemærkelsesværdige
Organiske molekyler er kulstofbaserede forbindelser. De udgør livets byggesten, som vi kender det fra Jorden, men de kan også opstå uden liv — for eksempel via vulkanske reaktioner eller meteornedslagene.
På Mars kommer der en ekstra komplikation: planeten har næsten intet magnetisk skjold og kun en tynd atmosfære. Højenergetisk stråling fra rummet nedbryder langsomt organiske molekyler. Jo længere en sten har ligget eksponeret på overfladen, desto mindre organisk materiale er der normalt tilbage.
- stærk stråling bryder kulstofkæder op i små fragmenter;
- oxidanter i jordbunden angriber molekylerne yderligere;
- sandstorme slider materialet væk og blander lag sammen.
At der på trods af disse forhold stadig findes så mange komplekse forbindelser i mudderstenen, gav forskerne grund til at studere fundet ekstraordinært grundigt.
Laboratorieforsøg skal efterligne Mars
Curiosity råder ikke over det følsomme laboratorieudstyr, man finder i en jordbaseret forskningsfacilitet. Instrumenterne ombord kan snuse og smage, men ikke nedbryde hvert enkelt molekyle i detaljer. Derfor valgte forskerne en omvej.
Et internationalt hold, heriblandt exobiolog Caroline Freissinet, simulerede i laboratoriet, hvordan Mars-sten ændrer sig over titusinder af millioner år med stråling. De lod jordiske bjergarter med kendte koncentrationer af organisk materiale "ældes" under forhold, der ligner dem på den Røde Planet.
Derefter regnede de baglæns: hvis man i dag måler så mange molekyler, hvor meget måtte der så have været til stede tidligere, inden stråling og kemiske reaktioner tog fat?
Model peger på enorm oprindelig kulstofmængde
Resultatet var slående. For at den målte mængde organisk materiale i Mars-stenen kan være tilbage i dag, må den oprindelige koncentration have været kolossal — langt højere end hvad man ville forvente fra tilfældig tilførsel fra rummet eller simple geokemiske processer.
Alle kendte naturlige kilder uden liv leverer, ifølge modellerne, alt for få organiske molekyler til at nå op på den aktuelle måling.
Studiet, offentliggjort i fagtidsskriftet Astrobiology, testede flere scenarier op mod Curiositys data.
Scenarie 1: kosmisk støv og meteoritter
Meteoritter og interplanetariske støvpartikler bringer organiske forbindelser med til planeter. Mars er blevet bombarderet af dette materiale i milliarder af år. Forskerne beregnede, hvor meget organisk kulstof det teoretisk set kan give i Gale-krateret.
Resultatet kom slet ikke i nærheden af de aktuelle målinger. Selv ved ekstreme antagelser om tilførslen forblev kløften mellem model og virkelighed stor.
Scenarie 2: gammel atmosfære fuld af metan
En anden mulighed: i en fjern fortid havde Mars en tykkere atmosfære, mere vand og måske mere metan. Under sollys kan der da dannes organiske molekyler i luften, som via regn og støv falder ned på overfladen.
Men dette scenarie støder på forholdet mellem metan og kuldioxid. Ifølge rekonstruktioner var der langt fra nok metan i den gamle Mars-luft til at forklare de store mængder organiske forbindelser i stenen.
Scenarie 3: dyb geologi og vulkanisme
Også kemi i den dybe undergrund er blevet beregnet. I planeters indre kan der ved høj tryk og temperatur dannes komplekse kulstofforbindelser. Eventuel vulkansk aktivitet eller store nedslagene ville kunne have bragt det materiale op til overfladen.
Problemet er, at stenens nuværende sammensætning ikke passer til det. Mineralerne i mudderstenen vidner om en fredelig aflejring i vand — ikke en voldsom oprindelse fra mantlen. Dermed falder også dette scenarie til jorden.
Er der nu kun én seriøs kandidat tilbage?
Når alle kendte livløse processer kommer til kort, retter tankerne sig automatisk mod biologi. Forskerne er bemærkelsesværdigt forsigtige i deres konklusioner, men lader dog forstå, at livs-scenariet ikke længere befinder sig som en fjern mulighed i kulissen.
De målte mængder organisk materiale passer påfaldende godt til, hvad man ville forvente i et gammelt sediment, hvor mikrobiologisk liv engang var aktivt.
På Jorden forbinder forskere den slags molekyler ofte med fedtsyrer og alkaner, der udgjorde dele af cellemembraner eller andre biologiske strukturer. Holdet advarer dog mod forhastede konklusioner. Uden fysiske prøver undersøgt med det bedste udstyr på Jorden er der stadig plads til ukendt kemi, som ingen endnu har tænkt på.
Derfor vil vi have stenen bragt til Jorden
Diskussionen understreger, hvor begrænsede en rovers muligheder er — uanset hvor avanceret den er. Curiosity kan bore, opvarme og måle grove molekylemønstre, men ikke foretage en komplet strukturanalyse af hvert enkelt partikel.
Derfor ser mange forskere frem til den planlagte Mars Sample Return-mission fra Nasa og ESA. Idéen er, at en fremtidig mission indsamler omhyggeligt udvalgte rør med marsjord, affyrer dem i en lille raket fra planeten og bringer dem i streng karantæne til Jorden.
- Curiosity og Perseverance finder interessante steder og prøver;
- en senere mission henter en del af disse rør;
- prøverne ender i ultrarent laboratorium til analyse;
- med masseSpektrometre og elektronmikroskoper kan man søge efter strukturelle biosignaturer.
Først med den slags målinger kan forskerne for eksempel se forskel på molekyler sorteret af biologi og varianter opstået tilfældigt.
Hvad dette studie allerede ændrer
Selv uden en klar udtalelse om liv har forskningen stor betydning. For det første viser den, at organisk materiale på Mars kan overleve bedre end tidligere antaget. Så længe stenene ikke har været for intensivt udsat for stråling, bevares overraskende meget information.
For det andet forskydes opmærksomheden inden for planeten: gamle søer og muddersten, som i Gale-krateret, ser ud til at byde på de bedste chancer for spor af tidligt liv. Det stemmer overens med valget af landingssteder for både Curiosity og den yngre rover Perseverance.
Hvordan genkender man "liv" i Mars-bjergarter?
Selv hvis der snart ligger prøver i et laboratorium på Jorden, forbliver spørgsmålet, hvordan man skelner mellem biologi og kemi uden celler eller fossiler. Forskerne ser blandt andet på mønstre i kædelængder af kulbrinter, isotopforhold for kulstof og den rumlige fordeling af organisk materiale i bjergarterne.
På Jorden efterlader mikrober ofte typiske signaturer: de foretrækker for eksempel bestemte kædelængder eller lettere isotoper. Hvis Mars-bjergarter viser lignende mønstre, styrkes argumentet for tidligt liv betydeligt.
For læsere der støder på begreberne:
- Organisk forbindelse: kulstofholdigt molekyle, ofte med brint, sommetider med ilt eller kvælstof;
- Abiotisk proces: kemisk eller fysisk reaktion uden medvirken af levende organismer;
- Biosignatur: målbart spor der peger på livets indflydelse, for eksempel et specifikt molekylemønster.
Den der følger udviklingen omkring Mars, ser en tydelig tendens. Hvert nyt studie gør planeten mindre steril og mere genkendelig som en dynamisk verden med vand, kemiske energikilder og nu også hårdnakkede organiske puslespilsbrikker. Om det puslespil til sidst danner ordet "liv", afhænger i høj grad af den næste generation af missioner — og af ét beskedent stykke sten i et gammelt krater, der allerede nu sætter diskussionen i gang.
