En usædvanlig sten i Gale-krateret
På Mars er der fundet et stykke bjergarten usædvanligt rigt på organiske forbindelser. Modeller viser, at simpel kemi uden biologisk indblanding ikke længere kan forklare de målte mængder.
Den muddersten, som Curiosity-roveren har undersøgt i Gale-krateret, indeholder så meget organisk kulstof, at et forskerhold fra NASA og internationale forskningscentre er nået frem til en ubehagelig konklusion: Almindelige geologiske og kosmiske processer er ikke tilstrækkelige til at forklare stenens sammensætning.
Curiosity har i over et årti udforsket Gale-krateret – en enorm, forhistorisk søbasseng, hvor flydende vand cirkulerede for milliarder af år siden. I en af rovernes borekerner stødte den på en sedimentær sten rig på organiske forbindelser med op til omkring 12 kulstofatomer i molekylet. På Mars er det virkelig sjældent.
På Jorden forbinder vi sådanne stoffer ofte med biologisk aktivitet – det drejer sig bl.a. om fragmenter af fedtsyrer og andre molekyler tilknyttet cellemembranstrukturer eller nedbrydning af tidligere organismer. På den Røde Planet sætter det straks fantasien i gang: Kan det være spor af liv?
Curiosity fandt i den marsiske muddersten en mængde organiske forbindelser, der ikke lader sig forklare let med typisk abiotisk kemi.
Problemet er, at roveren selv har et begrænset instrumentarium. Den kan detektere og delvist karakterisere organiske molekyler, men kan ikke afgøre, om kilden var biologisk eller rent geokemisk. Derfor er en del af arbejdet flyttet fra Mars til jordiske laboratorier.
Eksperimentet: 80 millioner år med marsisk stråling i en boks
En ny analyse, beskrevet i tidsskriftet Astrobiology, gik ud på at efterligne i laboratoriemæssige forhold, hvad der over titusindvis af millioner af år kan have sket med organisk materiale lige under Mars' overflade. Holdet forberedte stenprøver svarende til dem fra Gale-krateret, mættede dem med forskellige typer organiske forbindelser og udsatte dem derefter for simuleret stråling svarende til forholdene på den Røde Planets overflade.
Forskerne måtte tage højde for flere centrale kendsgerninger:
- Mars har en meget tynd atmosfære, så kosmisk og solstråling trænger dybt ned i jorden.
- Organiske forbindelser er følsomme over for denne stråling – molekylerne splittes, der dannes enklere fragmenter, eller de ødelægges fuldstændigt.
- Curiosity borer til en dybde på få centimeter, altså i det lag, hvor strålingsnedbrydning er særlig kraftig.
Forskerne undersøgte, hvor meget organisk materiale der ville "overleve" et sådant simuleret bombardement svarende til ca. 80 millioner år. Resultaterne fra eksperimenter og modeller blev derefter sammenholdt med rovernes faktiske målinger.
Konklusionen fra modellerne: der måtte engang have været langt mere
Beregningerne viste, at det nuværende niveau af organiske forbindelser i den undersøgte muddersten forudsætter en meget høj oprindelig koncentration. Med andre ord – inden strålingen gennem titusindvis af millioner år havde "malet" stenen ned, måtte der på samme sted have befundet sig en størrelsesorden mere organisk kulstof.
Hvis Curiosity i dag ser så høj et indhold af organiske molekyler, har de gennemgået en langvarig destruktionsproces og er alligevel overlevende i overraskende store mængder.
Det er netop dette tal, der er blevet omdrejningspunktet for diskussionen om disse molekylers oprindelse.
Hvorfor simpel kemi ikke slår til
Holdet analyserede flere potentielle kilder til organisk materiale på Mars, udelukkende med udgangspunkt i abiotiske processer – altså uden inddragelse af noget levende.
Scenarie 1: "regn" fra verdensrummet
Den første mulighed er kosmisk støv og meteorer. Vi ved, at kulstofrige mikrometeoritter konstant falder ned på Jorden. Mars opsamler dem også. Forskerne beregnede derfor, hvor mange sådanne molekyler der kunne have lejret sig i Gale-kraterets overflade i løbet af dets eksistens.
Problemet: Selv ved antagelse af en gavmild "meteorregn" stemte resultaterne ikke overens med Curiositys målinger. Modellen gav altid for få organiske forbindelser sammenlignet med den faktiske sten.
Scenarie 2: en tidligere tæt atmosfære og jordlignende kemi
Det andet spor byggede på, at Mars for milliarder af år siden havde en langt tættere atmosfære, rig på gasser, hvorfra simple organiske molekyler kunne opstå – lidt som i klassiske laboratorieeksperimenter, der viser dannelsen af den "første kemiske suppe". Forholdet mellem metan og kuldioxid er centralt her.
Modellerne viser dog, at forholdet mellem disse gasser på det unge Mars næppe fremmede produktionen af store mængder atmosfæriske organiske forbindelser, der efterfølgende ville have sunket ned i den forhistoriske sø i Gale-krateret. Tallene nåede igen ikke op på det niveau, roveren har registreret.
Scenarie 3: planetens dybe indre
En anden hypotese pegede på organiske forbindelser dannet dybt i Mars' kappe. Sådanne molekyler kunne være blevet bragt til overfladen ved kraftige meteornedslag eller af forhistorisk vulkansk aktivitet. I det tilfælde burde stenens mineralogi dog adskille sig tydeligt.
Analysen af prøverne fra Gale-krateret tyder på, at den undersøgte sten minder mere om aflejringer fra en forhistorisk sø end om materiale kastet op fra planetens dyb. Havde de vigtigste forbindelser dannet sig i kappen og været bragt op ved et sammenstød, ville mudderstenens sammensætning se anderledes ud. Også dette scenarie mister derfor sin overbevisningskraft.
Uanset hvilken abiotisk mekanisme der antages – fra verdensrummet, fra den tidligere atmosfære eller fra planetens indre – nåede modellerne ikke op på det niveau af organisk materiale, som Curiosity observerede.
Er det allerede bevis på tidligere liv på Mars?
Her opstår den fristende tanke: Siden alle realistiske abiotiske scenarier slår fejl, har vi måske at gøre med et kemisk spor fra organismer, der engang levede i Gale-søen? Forskerne er meget forsigtige. De understreger, at manglen på en god ikke-biologisk forklaring ikke automatisk giver et positivt svar.
Det afgørende problem er fraværet af prøver i jordiske laboratorier. Curiositys instrumenter er fremragende konstrueret, men det er stadig et miniaturiseret feltlaboratorium. Den præcision og det analyseomfang, der er muligt på planetens overflade, kan ikke måle sig med, hvad store analytiske centre kan præstere.
Hvorfor Mars Sample Return-missionen er så vigtig
Derfor vækker den planlagte Mars Sample Return-mission, der forberedes i fællesskab af NASA og den Europæiske Rumorganisation, så stor begejstring i forskningsmiljøet. Missionens primære mål er at bringe hermetisk forseglede stenprøver til Jorden – prøver som Perseverance-roveren allerede nu indsamler og deponerer i en anden del af planeten.
Hvis det lykkes at levere sådanne prøver til jordiske laboratorier, vil forskerne kunne:
- undersøge den præcise sammensætning af organiske molekyler, herunder deres rumlige struktur,
- måle isotopforhold for kulstof og andre grundstoffer, hvilket er en af de vigtigste tests for biologiske processer,
- kontrollere, om stenene indeholder mikroskopiske strukturer, der minder om mikroorganismer eller biofilm,
- sammenligne forskellige lokaliteter på Mars indbyrdes – f.eks. Jezero-krateret undersøgt af Perseverance og Gale-krateret undersøgt af Curiosity.
For mudderstenen fra Gale er situationen vanskeligere, fordi Curiosity ikke opsamler prøver i beholdere til senere afhentning. De data, vi råder over, stammer udelukkende fra analyser på stedet. Resultaterne af den nye modellering vil ikke desto mindre have stor betydning for valget af fremtidige bore- og prøvetagningslokationer til transport til Jorden.
Hvad betyder "biosignatur" egentlig, og hvorfor er det så svært at bekræfte?
En biosignatur er et signal, der under normale omstændigheder lettest forklares ved tilstedeværelsen eller aktiviteten af organismer. Det behøver ikke nødvendigvis at være en forstenede bakterie, synlig under mikroskop. Ofte handler det om karakteristiske isotopforhold, specifikke molekyler eller vedvarende kemiske mønstre.
Problemet er, at kemi i verdensrummet kan være kreativ. Rent geologiske eller fysiske processer kan producere systemer, der ved første øjekast ser "alt for biologiske ud". Derfor stræber forskerne efter at være meget stringente – inden de bruger ordet "liv", skal alle kendte abiotiske processer udelukkes.
Stenen fra Gale-krateret er en stærk kandidat til en biosignatur, fordi de abiotiske scenarier falder fra hinanden ét for ét. Ikke desto mindre understreger forskerne behovet for yderligere teoretisk og laboratoriebaseret arbejde. De udelukker ikke, at der eksisterer en endnu ukendt geokemisk mekanisme, der ville kunne mætte mudderstenen med så store mængder organisk kulstof uden biologisk medvirken.
Hvad sker der nu med søgen efter spor af liv på Mars?
De nye resultater styrker argumentet for, at fremtidige missioner bør bore dybere ned under planetens overflade. Der har strålingen mindre indflydelse, og skrøbelige molekyler har større chance for at overleve i en mindre nedbrudt tilstand. Den europæiske ExoMars-rover, der stadig venter på sin opsendelse, skal bore ned til en dybde på op til ca. to meter – det kan grundlæggende ændre billedet af den marsiske organiske kemi.
Hvis der i dybere lag findes tilsvarende eller endnu større mængder organiske forbindelser, og modellerne igen ikke kan pege på en overbevisende abiotisk vej, vil presset for en biologisk fortolkning af dataene stige markant. Omvendt vil fraværet af sådanne signaler i større dybder tvinge forskerne til at gentænke Gale-kraterets historie og hele det forhistoriske Mars' klimatiske fortid.
For den almindelige læser kan denne diskussion lyde abstrakt, men den har en meget konkret betydning: svaret på spørgsmålet om, hvorvidt liv er noget udbredt i universet, eller snarere en sjælden undtagelse. Mars, som nabo til Jorden med et velbevarede arkiv over solsystemets tidlige historie, forbliver et af de bedste steder at foretage sådanne undersøgelser.
Hvis aflejringerne fra den forhistoriske sø for milliarder af år siden virkelig bærer spor af levende væsener, betyder det, at liv kan opstå overalt, hvor vand, energi og de rette grundstoffer er til stede over længere tid. Hvis derimod selv så organisk-rige bjergarter fuldt ud lader sig forklare uden biologisk medvirken, bliver visionen om et univers fyldt med organismer mindre indlysende. Mars stiller dermed forskerne over for et svært spørgsmål, som foreløbig ikke lader sig besvare i én sætning.
