En usædvanlig rig sten i Gale-krateret
Et fragment af klippe på Mars indeholder en bemærkelsesværdig mængde organiske forbindelser. Og det er netop den mængde, der får forskere til at trække i bremsen – for simpel kemi uden biologisk indblanding kan simpelthen ikke forklare tallene.
Den mudstensprøve, som Curiosity-roveren har undersøgt i Gale-krateret, indeholder så meget organisk kulstof, at et internationalt team af NASA-forskere og videnskabsfolk fra flere lande er nået frem til en ubehagelig konklusion: Kendte geologiske og kosmiske processer er ikke tilstrækkelige til at forklare stenens sammensætning.
Curiosity har i over et årti kortlagt Gale-krateret – en enorm, gammel søbund, hvor flydende vand cirkulerede for milliarder af år siden. I en af boreprøverne stødte roveren på en sedimentær sten rig på organiske forbindelser med op til cirka 12 kulstofatomer i molekylet. På Mars er det en ganske sjælden opdagelse.
På Jorden forbinder vi sådanne stoffer ofte med biologisk aktivitet – de optræder blandt andet som fragmenter af fedtsyrer og andre molekyler knyttet til cellemembraner eller nedbrydning af tidligere organismer. På den Røde Planet sætter det straks fantasien i gang: Kan dette være et spor efter liv?
Curiosity fandt i den marsiske muddersten en mængde organiske forbindelser, der ikke nemt lader sig forklare med almindelig uorganisk kemi.
Problemet er, at roveren selv har et begrænset sæt instrumenter. Den kan påvise og delvist karakterisere organiske molekyler, men den kan ikke afgøre, om de stammer fra biologi eller ren geokemi. Derfor er en del af arbejdet flyttet fra Mars til laboratorier her på Jorden.
Eksperimentet: 80 millioner års marsisk stråling i en boks
En ny analyse, publiceret i tidsskriftet Astrobiology, gik ud på at genskabe i laboratoriemæssige forhold, hvad der i løbet af titusinder af millioner år kan være sket med organisk materiale lige under overfladen på Mars. Teamet fremstillede klippeprøver 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 forhold:
- Mars har en meget tynd atmosfære, så kosmisk og solær stråling trænger dybt ned i undergrunden.
- Organiske forbindelser er følsomme over for denne stråling – molekylerne knækker, og der dannes enklere fragmenter, eller de nedbrydes fuldstændigt.
- Curiosity borer til en dybde af få centimeter, altså i det lag, hvor strålingsdegradering er særligt kraftig.
Forskerne undersøgte, hvor meget organisk materiale der ville "overleve" et sådant simuleret bombardement svarende til ca. 80 millioner år. Resultaterne af eksperimenterne og modellerne blev derefter sammenholdt med roverens faktiske målinger.
Modellernes konklusion: Der må 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 i titusinder af millioner år "malet" stenen ned, må der på samme sted have befundet sig en størrelsesorden mere organisk kulstof.
Hvis Curiosity i dag registrerer så højt et indhold af organiske molekyler, har de gennemgået langvarig nedbrydning – og alligevel er der overraskende meget tilbage.
Det er netop dette tal, der er blevet omdrejningspunktet for diskussionen om molekylernes oprindelse.
Hvorfor simpel kemi ikke slår til
Teamet analyserede flere potentielle kilder til organisk materiale på Mars og forudsatte udelukkende uorganiske processer – altså uden nogen form for biologisk medvirken.
Scenarie 1: "Regn" fra rummet
Den første mulighed er kosmisk støv og meteoritter. Vi ved, at kulstofrige mikrometeoritter konstant falder ned på Jorden. Mars opsamler dem også. Forskerne regnede derfor ud, hvor mange af disse partikler der i løbet af Gale-kraterets eksistens kunne have aflejret sig i overfladen.
Problemet er, at selv med en generøs "meteorregn" stemte resultaterne ikke overens med Curiositys målinger. Modellen gav konsekvent for få organiske forbindelser sammenlignet med den faktiske sten.
Scenarie 2: En tyk oldtidsatmosfære og jordalignende kemi
Det andet spor byggede på, at Mars for milliarder af år siden havde en langt tættere atmosfære, rig på gasser, som enkle organiske molekyler kunne opstå fra – lidt ligesom i klassiske laboratorieeksperimenter om dannelsen af en "kemisk ursuppe". Forholdet mellem metan og kuldioxid spiller her en afgørende rolle.
Modellerne viser imidlertid, at blandingsforholdet af disse gasser på den unge Mars sandsynligvis ikke fremmede produktion af store mængder atmosfæriske organiske forbindelser, der siden ville bundfælde sig i den gamle sø i Gale-krateret. Igen nåede tallene ikke op på de niveauer, roveren har målt.
Scenarie 3: Planetens dybe indre
En tredje hypotese pegede på organiske forbindelser, der dannes dybt i Mars' kappe. Sådanne molekyler kunne være ført til overfladen ved kraftige meteornedslag eller af tidligere vulkanske processer. I så fald 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 gammel sø end om materiale kastet op fra planetens dyb. Havde de vigtigste forbindelser dannet sig i kappen og været udslynget ved et kollision, ville mudderstenens sammensætning se anderledes ud. Også dette scenarie mister altså sin overbevisningskraft.
Uanset hvilken uorganisk mekanisme man antager – fra rummet, fra den tidlige atmosfære eller fra planetens indre – nåede modellerne ikke op på det organiske materiale-niveau, som Curiosity har observeret.
Er dette allerede bevis for gammelt liv på Mars?
Her opstår den fristende tanke: Hvis alle realistiske abiotiske scenarier slår fejl, er vi måske vidne til et kemisk spor efter 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 centrale problem er fraværet af fysiske prøver i laboratorier på Jorden. Curiositys instrumenter er fremragende konstruerede, men det er stadig et miniaturefeltlaboratorium. Den præcision og det analysespektrum, der er muligt i store analytiske centre, kan et rover-laboratorium ikke matche.
Derfor er Mars Sample Return-missionen så afgørende
Netop derfor vækker den planlagte Mars Sample Return-mission, der forberedes i fællesskab af NASA og Den Europæiske Rumfartsorganisation, så stor begejstring i forskningsmiljøet. Missionens primære mål er at bringe hermetisk forseglede klippeprøver tilbage til Jorden – prøver som Perseverance-roveren allerede indsamler og deponerer i et andet område af planeten.
Hvis det lykkes at levere sådanne prøver til jordiske laboratorier, vil forskere kunne:
- undersøge den præcise sammensætning af de 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 der i stenene er bevaret mikroskopiske strukturer, der minder om mikroorganismer eller biofilm,
- sammenligne forskellige lokaliteter på Mars med hinanden – f.eks. Jezero-krateret, som Perseverance undersøger, og Gale-krateret, som Curiosity kortlægger.
I tilfældet med 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. Alligevel vil resultaterne af den nye modellering spille en stor rolle ved valget af fremtidige borelokaliteter og en eventuel prøvetagning til transport til Jorden.
Hvad betyder "biosignatur" egentlig, 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 at være en forstenet bakterie synlig under et mikroskop. Ofte drejer det sig om karakteristiske isotopforhold, specifikke molekyler eller vedvarende kemiske mønstre.
Problemet er, at kemien i rummet kan være kreativ. Rent geologiske eller fysiske processer er i stand til at skabe sammensætninger, der ved første øjekast ser "for biologiske ud". Derfor stræber forskerne efter at være meget strenge – inden de bruger ordet "liv", skal alle kendte uorganiske processer være udelukket.
Stenen fra Gale-krateret er en stærk kandidat til en biosignatur, fordi de abiotiske scenarier falder fra ét efter ét. Ikke desto mindre understreger forskerne nødvendigheden af yderligere teoretisk og laboratoriemæssigt arbejde. De udelukker ikke, at der stadig eksisterer en ukendt geokemisk mekanisme, som ville gøre det muligt at mætte mudderstenen med så store mængder organisk kulstof uden biologisk medvirken.
Hvad sker der nu med jagten på spor efter liv på Mars?
De nye resultater styrker argumentet for, at fremtidige missioner bør nå dybere ned under planetens overflade. Her 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 affyring, er designet til at bore op til cirka to meter ned – det kan radikalt ændre billedet af marsisk organisk kemi.
Hvis der i dybere lag findes tilsvarende eller endnu større mængder organiske forbindelser, og modellerne igen ikke peger 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 den tidlige Mars' klima.
For den almindelige læser kan denne diskussion virke abstrakt, men den har et meget konkret perspektiv: Svaret på spørgsmålet om, hvorvidt liv er noget almindeligt i universet, eller snarere en sjælden undtagelse. Mars, som vores nabo med en velbevarede optegnelse over det tidlige solsystems historie, er fortsat et af de bedste steder at søge dette svar.
Hvis aflejringerne fra en gammel 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 tilstrækkelig lang tid. Hvis derimod selv så kulstofrige sten fuldt ud kan forklares uden biologisk medvirken, bliver visionen om et univers fyldt med liv knap så selvindlysende. Mars stiller forskerne et svært spørgsmål – og det kan foreløbig ikke besvares med ét ord.
