Nye beregninger efterlader kun én virkelig opsigtsvækkende mulighed
Videnskabsfolk har länge stået i vildrede: stammer denne samling kulstofforbindelser fra sten og sollys, eller peger den på noget, der engang var i live? En ny undersøgelse måler alle kendte ikke-biologiske processer op mod hinanden – og de viser sig næsten ude af stand til at forklare gåden.
Curiosity støder på usædvanlig rig Mars-sten
Fundet, som alt drejer sig om, blev gjort i Gale-krateret – et enormt nedslag, hvor Curiosity har kørt rundt siden 2012. I et lag muddersten borende roveren en prøve ud, som derefter blev opvarmet og analyseret i dens lille indbyggede laboratorium.
Til teamets store overraskelse kom der organiske forbindelser frem med kæder på helt op til tolv kulstofatomer. Det er bemærkelsesværdigt meget for Mars, hvor organiske molekyler normalt optræder sjældent og fragmenteret. Her var der tale om en af de rigeste prøver, roveren hidtil har undersøgt.
På Jorden møder vi sådanne forbindelser blandt andet i fedtsyrer og andre byggesten i celler. Alligevel tør planetforskere ikke straks tale om fossile bakterier. Organiske molekyler kan nemlig sagtens opstå uden at en eneste celle nogensinde har været involveret.
Det centrale spørgsmål: er vi på sporet af en gammel kemisk ursuppe, eller er det rester af noget, der engang levede?
Derfor er organiske molekyler så sårbare på Mars
Mars har en ekstremt tynd atmosfære og intet beskyttende magnetfelt. Jordbunden har i milliarder af år ligget under et bombardement af kosmisk stråling og ultraviolet sollys. Organiske forbindelser nedbrydes langsomt til mindre fragmenter eller forsvinder fuldstændigt under disse forhold.
Forskerne vurderer, at det bjergarter, Curiosity borte i, har akkumuleret omkring otte millioner år med strålingsbeskadigelse. Den, der i dag måler en betydelig mængde organisk materiale, må derfor tage højde for en langt større oprindelig mængde langt tilbage i fortiden.
Det er præcis det, teamet har gjort i den nye undersøgelse. I laboratorier på Jorden simulerede de Mars-bjergarter udsat for langvarig bestråling. Derefter regnede de baglæns for at finde ud af, hvilken mængde organiske stoffer der oprindeligt måtte have befundet sig i stenen for at efterlade de målte koncentrationer efter millioner af år.
Laboratorietest: kan "død" kemi overhovedet frembringe dette?
Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Astrobiology, peger i en klar retning. Hvis Curiositys måling er korrekt, må den oprindelige mængde organiske molekyler i mudderstenen have været ekstremt høj – højere end man med rimelighed kan forvente af rent ikke-biologiske processer.
Forskerteamet gennemgik en række hypoteser, alle uden involvering af liv:
- tilførsel af organiske partikler fra rummet via kosmisk støv
- organisk materiale i meteoritter, der rammer Mars
- dannelse i en ældre, tættere Mars-atmosfære via sollys og lyn
- komplekse molekyler dybt i mantlen, der er bragt op til overfladen af nedslag
For hvert scenarie byggede de modeller: hvor meget organisk stof kan en sådan proces levere, og hvor hurtigt forsvinder det igen under bestråling? I alle tilfælde lå den forventede mængde langt under de koncentrationer, Curiosity har målt i Gale-krateret.
Ingen af de testede døde kemiske veje leverer nok organisk materiale til troværdigt at forklare Curiosity-prøven.
Derfor slår kosmisk støv og meteoritter ikke til
Kosmisk støv og meteoritter udgør en slags konstant regn af organiske molekyler over planeterne. På Jorden spiller de en beskeden rolle i kulstofkredsløbet, og på Mars kunne det teoretisk fungere på samme måde.
Forskerne tog kendte nedslags-hastigheder og gennemsnitlige mængder af organisk kulstof i meteoritter og støv og indarbejdede dem i deres model for Gale-krateret. De lagde millioner af års tilstrømmende materiale sammen, men trak også det fra, som i samme periode nedbrydes af stråling.
Selv i det mest optimistiske scenarie kom den estimerede koncentration slet ikke i nærheden af, hvad Curiosity fandt i borekærnen. Rumtilførslen fungerer mere som et tyndt lag krummer end som et tykt lag organisk "sediment".
En ung Mars med tykkere atmosfære hjælper heller ikke nok
En anden mulighed: måske producerede en tidligere, varmere Mars selv organiske molekyler i atmosfæren. Noget lignende sker på Titan, Saturns største måne, hvor sollys og partikelstråling bygger en tåge af organisk dis ud af metan og kvælstof.
For Mars gennemregnede forskerne scenarier, hvor planeten for länge siden havde en tættere atmosfære med flere drivhusgasser. Nøglen ligger i forholdet mellem metan og kuldioxid. Der kræves tilstrækkelig metan til at producere store mængder kompleks organisk tåge, der siden bundfælder sig i søer og have.
Ifølge modellen ville Mars simpelthen have haft for lidt metan i luften til dette. Den teoretiske organiske produktion forbliver igen lavere end det, bjergarterne i Gale-krateret viser.
Dyb geokemi passer ikke til bjergarterne
En sidste ikke-biologisk mulighed er, at der dybt inde i planetens mantel, under varme og tryk, opstår komplekse kulstofforbindelser. Disse kunne bringes op til overfladen via vulkanisme eller kraftige nedslag.
Sådanne processer efterlader spor i stenens kemiske sammensætning og struktur. Den muddersten, Curiosity borte i, ligner ikke dette mønster. Der er tale om et aflejringsbjergart, der engang lå på bunden af en sø eller lavvandet vandmasse – ikke en mantelsten, der er skubbet op ved et nedslag.
Her opstår problemet: hvis de organiske molekyler var kommet fra dybden, skulle hele bjergartet se anderledes ud. Curiositys data understøtter ikke dette billede.
Er en biologisk oprindelse så den eneste tilbageværende forklaring?
Forskerne er forsigtige med store udmeldinger. De siger ikke: "dette er liv." De fastslår derimod, at ingen testet ikke-biologisk proces logisk kan forklare den målte overflod af organiske molekyler.
Det gør en biologisk oprindelse mere attraktiv som hypotese. På Jorden opstår fedtsyrer og lignende organiske kæder ofte via levende celler eller via rester af døde organismer i mudder og sediment. Noget tilsvarende kunne have fundet sted på Mars for länge siden – i en sø i Gale-krateret.
Undersøgelsen rykker skakbrættet et felt i retning af "gammel Mars-biologi", men sætter langtfra skakmat endnu.
Det store problem er, at Curiosity ikke kan dissekere molekylerne i detaljer. Instrumenterne om bord er ti år gamle og designet til bred geokemisk forskning – ikke til de fineste biologiske fingeraftryk. Den slags arbejde kræver laboratorier på Jorden.
Derfor virker en Mars Sample Return-mission endnu mere presserende nu
For at få et endeligt svar ønsker NASA og ESA at gennemføre en serie missioner, der skal bringe rør med Mars-bjergarter til Jorden. Dette projekt er kendt som Mars Sample Return. Planen er, at Perseverance allerede nu deponerer rør i Jezero-krateret, hvorefter en landerfartøj og en lille raket henter dem op og sender dem til en opsamlingskapsel i kredsløb om Mars, som derefter fragter lasten til Jorden.
Diskussionen om de organiske molekyler i Gale-krateret viser, hvorfor sådanne missioner er så værdifulde. Med det bedste laboratorieudstyr kan forskere:
- bestemme molekylernes præcise struktur
- søge efter mønstre, der er typiske for biologiske processer
- måle isotopforhold for kulstof og brint
- fastslå alderen på bjergartlagene præcist
Især isotopanalyser er følsomme over for livsprocesser. Liv på Jorden producerer for eksempel et karakteristisk forhold mellem lette og tungere kulstofisotoper – og det er netop noget lignende, planetforskere også leder efter på Mars.
Hvad mener forskerne egentlig med organiske molekyler og abiotisk?
Når folk hører ordet "organisk", tænker mange straks på planter og dyr. I kemien betyder organisk dog blot, at forbindelsen indeholder kulstof. Benzin, plastik og alkohol er altså lige så organiske stoffer som DNA eller fedtsyrer.
"Abiotisk" refererer til processer, der ikke involverer liv – for eksempel reaktioner mellem sten, vand og vulkanske gasser, eller molekyler dannet i rummet via sollys og stråling. Disse processer kan godt producere komplekse strukturer, men de følger andre mønstre end celler og organismer.
Forskerne forsøger løbende at afgøre, om en given samling molekyler fra Mars-prøver passer bedre til en geologisk oprindelse, eller om den ligner noget, der på Jorden typisk stammer fra biologisk aktivitet. Det er et statistisk puslespil – ikke en sort-hvid-test.
Hvad denne type forskning fortæller os om Jordens egen historie
Den unge Jord lignede på visse punkter den tidlige Mars: vulkansk aktiv, præget af mange nedslag, sandsynligvis med have og søer og en atmosfære med en helt anden sammensætning end i dag. Ved at gennemregne ikke-biologiske processer på Mars skærper forskerne også deres forståelse af, hvordan de første organiske byggesten opstod på Jorden.
Hvis det viser sig, at en planet som Mars næsten ikke kan producere store mængder organiske molekyler uden hjælp fra liv, antyder det samtidig, at liv på stenede planeter ikke behøver at være ekstremt sjældent. Omvendt viser hvert nyt scenarie, der faktisk fungerer, hvor langt man kan nå med ren geokemi.
I praksis betyder det, at hver ny måling på Mars, hvert model og ethvert kontroversielt resultat – som denne mystiske muddersten fra Gale-krateret – stykke for stykke forskyver grænserne for, hvad vi forstår ved "død" kemi på en gammel planet. Det er præcis i dette grænseområde mellem sten og celle, at videnskabsfolk håber at forstå livets historie i universet bedre.