En usædvanlig sten i Gale-krateret
Et stykke bjergart på Mars er fundet med en bemærkelsesværdig høj koncentration af organiske forbindelser. Og tallene kan simpelthen ikke forklares med almindelig, livløs kemi.
Den mudstensprøve, som Curiosity-roveren har undersøgt i Gale-krateret, indeholder så meget organisk kulstof, at et internationalt forskerhold fra NASA og adskillige forskningsinstitutter er nået frem til en ubehagelig konklusion: Hverken geologiske processer eller kosmiske forklaringer er tilstrækkelige til at redegøre for sammensætningen.
Curiosity har i over ti år udforsket Gale-krateret – en enorm, gammel søbasseng, hvor flydende vand cirkulerede for milliarder af år siden. I én af rovererens boringer stødte den på en sedimentær bjergart rig på organiske forbindelser med op til omkring 12 kulstofatomer pr. molekyle. Det er ganske ekstraordinært for Mars.
På Jorden er sådanne stoffer ofte forbundet med biologisk aktivitet – eksempelvis fragmenter af fedtsyrer og andre molekyler knyttet til cellemembranerne eller nedbrydningen af gamle organismer. På den Røde Planet sætter det straks fantasien i gang: Kan dette være et spor efter liv?
Curiosity fandt en mængde organiske forbindelser i den marsiske muddersten, som ikke let lader sig forklare med typisk uorganisk kemi.
Problemet er, at roveren selv råder over et begrænset sæt instrumenter. Den kan påvise og delvist karakterisere organiske molekyler, men den kan ikke afgøre, om kilden er biologisk eller rent geokemisk. Derfor er en del af arbejdet nu flyttet fra Mars til jordbaserede laboratorier.
Eksperimentet: 80 millioner års marsisk stråling i et laboratorium
En ny analyse, beskrevet i tidsskriftet Astrobiology, gik ud på at genskabe i laboratorieforhold, hvad der over titusindvis af millioner år kan være sket med organisk materiale lige under Mars' overflade. Holdet forberedte bjergartsprøver 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 afgørende kendsgerninger:
- Mars har en meget tynd atmosfære, så kosmisk og solens stråling trænger dybt ned i undergrunden.
- Organiske forbindelser er følsomme over for sådan stråling – molekylerne splittes, danner simplere fragmenter eller nedbrydes fuldstændigt.
- Curiosity borer til en dybde på få centimeter, netop det lag, hvor strålingsnedbydningen er særligt kraftig.
Forskerne undersøgte, hvor meget organisk materiale der ville "overleve" et simuleret bombardement svarende til cirka 80 millioner år. Resultaterne fra eksperimenterne og modellerne blev derefter sammenlignet med rovererens faktiske målinger.
Modellernes konklusion: 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. Sagt anderledes: Før strålingen i titusindvis af millioner år "nedbrød" bjergart, må der samme sted have befundet sig op til en størrelsesorden mere organisk kulstof.
Hvis Curiosity i dag registrerer så høj en indhold af organiske molekyler, har de gennemgået langvarig nedbrydning – og alligevel er der forbløffende meget tilbage.
Det er netop dette tal, der er blevet omdrejningspunktet i diskussionen om molekylernes oprindelse.
Hvorfor simpel kemi ikke slår til
Holdet analyserede flere potentielle kilder til organisk materiale på Mars med udgangspunkt i udelukkende livløse processer – altså helt uden biologisk deltagelse.
Scenarie 1: "Regn" fra verdensrummet
Den første mulighed er kosmisk støv og meteorer. Vi ved, at mikrometeoritter rige på organisk kulstof konstant regner ned over Jorden. Mars opsamler dem ligeledes. Forskerne beregnede, hvor mange sådanne molekyler der ville kunne indbygges i Gale-kraterets overflade i løbet af dets levetid.
Problemet: Selv ved en generøs antagelse om "meteorregn" stemte resultaterne ikke overens med Curiositys målinger. Modellen gav altid for få organiske forbindelser sammenlignet med den virkelige bjergart.
Scenarie 2: En tættere oldtidsatmosfære og jordalignende 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 dannes – lidt som i klassiske laboratorieeksperimenter om den "første kemiske suppe". Forholdet mellem metan og kuldioxid er centralt her.
Modellerne viser dog, at blandingsforholdet af disse gasser på det unge Mars sandsynligvis ikke fremmede en stor produktion af organiske forbindelser i atmosfæren, som derefter ville have sunket ned i den gamle sø i Gale-krateret. Igen nåede tallene ikke op på det niveau, roveren registrerede.
Scenarie 3: Planetens dybe indre
En tredje hypotese pegede på organiske forbindelser, der dannes dybt i Mars' kappe. Sådanne molekyler kunne være ført op til overfladen under kraftige meteornedslag eller af tidligere vulkanske processer. I så fald burde stenens mineralogi dog se markant anderledes ud.
Analysen af prøver fra Gale-krateret tyder på, at den undersøgte bjergart minder mere om aflejringer fra en gammel sø end om materiale kastet op fra planetens dyb. Dette scenarie mister derfor ligeledes troværdighed.
Uanset hvilket livløst mekanisme man antog – fra verdensrummet, fra en gammel atmosfære eller fra planetens indre – nåede modellerne aldrig op på den mængde organisk materiale, Curiosity observerede.
Er dette bevis for tidligere liv på Mars?
Her opstår en fristende tanke: Hvis 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 fremhæver, at manglen på en god livløs forklaring ikke automatisk giver et positivt svar.
Det centrale problem er fraværet af prøver i jordbaserede laboratorier. Curiositys instrumenter er fremragende konstruerede, men det er stadig et miniatyre feltlaboratorium. Præcisionen og rækkevidden af analyser, der kan udføres i store analytiske centre, overgår langt, hvad der er muligt ombord på roveren.
Hvorfor Mars Sample Return-missionen er så afgørende
Derfor vækker den planlagte Mars Sample Return-mission, der forberedes i fællesskab af NASA og Den Europæiske Rumorganisation, så stor interesse i det videnskabelige miljø. Dens hovedformål er at bringe hermetisk forseglede bjergartsprøver til Jorden – prøver, som roveren Perseverance 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 isotoopforhold for kulstof og andre grundstoffer, hvilket er én af de vigtigste tests for biologiske processer,
- kontrollere, om der i bjergarten er bevaret mikroskopiske strukturer, der minder om mikroorganismer eller biofilm,
- sammenligne forskellige lokaliteter på Mars med hinanden – eksempelvis Jezero-krateret udforsket af Perseverance og Gale-krateret udforsket af Curiosity.
I tilfældet med mudderstenen fra Gale er situationen vanskeligere, fordi Curiosity ikke opsamler prøver i beholdere til senere afhentning. De tilgængelige data stammer udelukkende fra analyser på stedet. Ikke desto mindre vil resultaterne fra den nye modellering have stor betydning for valget af fremtidige borelokaliteter og eventuel prøveindsamling til transport til Jorden.
Hvad betyder en "biosignatur", og hvorfor er den så svær at bekræfte?
En biosignatur er et signal, der under normale omstændigheder lettest forklares med tilstedeværelsen eller aktiviteten af organismer. Det behøver ikke nødvendigvis være en forstenede bakterie synlig under mikroskopet. Ofte drejer det sig om karakteristiske isotoopforhold, specifikke molekyler eller vedvarende kemiske mønstre.
Problemet er, at kemi i verdensrummet kan være overraskende kreativ. Rent geologiske eller fysiske processer kan producere mønstre, der ved første øjekast ser "for biologiske ud". Derfor stræber forskerne efter at være meget stringente – før de bruger ordet "liv", skal alle kendte livløse processer være udelukket.
Bjergartstilfældet fra Gale-krateret er en stærk kandidat til en biosignatur, fordi de abiotiske scenarier falder fra hinanden ét efter ét. Alligevel understreger forskerne behovet for yderligere teoretisk og laboratoriebaseret arbejde. De udelukker ikke, at der stadig eksisterer en ukendt geokemisk mekanisme, som ville kunne mætte mudderstenen med så meget organisk kulstof uden biologisk medvirken.
Hvad sker der nu i jagten på livsspor på Mars?
De nye resultater styrker argumentet for, at fremtidige missioner bør bore dybere under planetens overflade. Her har strålingen mindre indflydelse, så skrøbelige molekyler har større chance for at overleve i en mindre nedbrudt tilstand. Den europæiske ExoMars-rover, der stadig venter på sin opsendelse, er designet til at bore ned til en dybde på op til to meter – det kan grundlæggende ændre billedet af Mars' organiske kemi.
Hvis der i dybere lag findes tilsvarende eller endnu større mængder organiske forbindelser, og modellerne atter ikke peger på en overbevisende abiotisk vej, vil presset for en biologisk fortolkning af dataene stige markant. Omvendt vil et fravær af sådanne signaler i større dybder tvinge forskerne til at gentænke Gale-kraterets historie og hele det tidlige Mars' klima.
For den almindelige læser kan denne diskussion lyde abstrakt, men den har en meget jordnær betydning: Svaret på spørgsmålet om, hvorvidt liv er noget udbredt i universet eller snarere en sjælden undtagelse. Mars, som Jordens nabo med en velbevarede optegnelse af Solsystemets tidlige historie, forbliver et af de bedste steder at undersøge dette spørgsmål.
Hvis der i bunden af en gammel sø fra for milliarder af år siden virkelig gemmer sig spor af levende væsener, betyder det, at liv kan opstå overalt, hvor vand, energi og de rette grundstoffer er til stede over tilstrækkelig lang tid. Hvis derimod selv bjergarter så rige på organiske forbindelser fuldt ud kan forklares uden biologiens hjælp, bliver visionen om et univers fyldt med liv langt mindre selvindlysende. Mars stiller dermed forskerne et vanskeligt spørgsmål – og det lader sig ikke besvare med ét enkelt sætning.
