Mars. Źródło zdjęcia: NASA Kliknij, aby powiększyć
Czy drobnoustroje wytwarzają metan znaleziony na Marsie, czy też gaz węglowodorowy pochodzi z procesów geologicznych? To pytanie, na które wszyscy chcą odpowiedzieć, ale nikt nie może. Co trzeba zrobić, aby przekonać jury?
Wielu ekspertów powiedziało Astrobiology Magazine, że najlepszym sposobem oceny, czy metan ma pochodzenie biologiczne, jest zbadanie stosunku węgla-12 (C-12) do węgla-13 (C-13) w cząsteczkach. Organizmy żywe preferencyjnie biorą lżejsze izotopy C-12 podczas gromadzenia metanu, a ta sygnatura chemiczna pozostaje do momentu zniszczenia cząsteczki.
„Może istnieć sposób na odróżnienie pochodzenia metanu, czy to biogennego, czy też nie, przy użyciu stabilnych pomiarów izotopowych”, mówi Barbara Sherwood Lollar, chemik izotopowy na Uniwersytecie w Toronto.
Ale sygnały izotopowe są subtelne, najlepiej wykonywane przez dokładne spektrometry umieszczone na powierzchni Marsa, a nie na orbicie statku kosmicznego.
I są komplikacje. Po pierwsze, średni poziom metanu na Marsie wynoszący 10 części na miliard (ppb) może być zbyt słaby dla dokładnego pomiaru izotopu, nawet dla spektroskopu umieszczonego na Marsie. Również sam stosunek metanu od C-12 do C-13 nie zawsze jest dowodem życia. Na przykład hydrotermalne pole wentylacyjne „Lost City” na Oceanie Atlantyckim nie wykazuje wyraźnej sygnatury izotopowej, mówi James Kasting, profesor nauk o ziemi i minerałach na Penn State University.
„Metan nie jest tak silnie frakcjonowany, ale nadal uważają, że może być biologiczny”, mówi Kasting. „W Lost City nie można dowiedzieć się, czy jest to biologiczne, czy nie na podstawie izotopów. Jak zamierzamy to rozgryźć na Marsie?
Rozszerzając wyszukiwanie, odpowiada Sherwood Lollar. Zamiast mierzyć tylko węgiel, sugeruje mierzenie izotopów wodoru, ponieważ układy biologiczne również wolą wodór (H) od cięższego deuteru (2H).
Drugim podejściem byłoby przyjrzenie się dłuższym, cięższym węglowodorom - etanowi, propanowi i butanowi - które są powiązane z metanem i które czasami pojawiają się w przypadku biogennego lub abiogennego metanu. Sherwood Lollar wykrył te węglowodory podczas badania abiogennego metanu uwięzionego w porach w starożytnych skałach w kanadyjskiej tarczy, dużym złożu skał magmowych z Prekambrii. „Kiedy woda uwięziona jest w bardzo, bardzo długim okresie czasu”, mówi, abiogenna reakcja między wodą a skałą powoduje metan, etan, propan i butan.
Jeśli kiedykolwiek wykryte zostaną węglowodory abiogenne o dłuższym łańcuchu w atmosferze marsjańskiej, jak moglibyśmy odróżnić je od podobnych węglowodorów, które są produktami rozpadu kerogenu, pozostałości rozkładającej się żywej materii? Odpowiedź, powtarza Sherwood Lollar, można znaleźć w izotopach. Abiogenne łańcuchy węglowodorowe zawierałyby większy odsetek cięższych izotopów niż łańcuchy węglowodorowe pochodzące z rozkładu kerogenu.
„Przyszłe misje na Marsa planują szukać wyższych węglowodorów, a także metanu”, mówi Sherwood Lollar. „Jeśli ten wzór izotopowy można zidentyfikować na przykład w metanie i etanie marsjańskim, wówczas ten rodzaj informacji może pomóc w rozwiązaniu pochodzenia abiogennego i biogennego”.
Izotopy zajmują ważne miejsce w kilku nadchodzących misjach kosmicznych, które mogą zaspokoić rosnące pragnienie dowodów na tajemnicę metanu:
* Lądownik Phoenix, którego uruchomienie zaplanowano na sierpień 2007 r., Pojedzie do bogatego w lód regionu w pobliżu Bieguna Północnego i „wykopie brud i przeanalizuje brud wraz z lodem”, mówi William Boynton z University of Arizona, kto będzie kierował misją. Spektrometr masowy lądownika będzie mierzył izotopy w każdym metanie uwięzionym w glebie, jeśli stężenie jest wystarczające. „Nie będziemy w stanie zmierzyć stosunku izotopów [w atmosferze], ponieważ nie będzie to wystarczająco wysokie stężenie” - mówi Boynton.
* Mars Science Laboratory, którego uruchomienie zaplanowano na lata 2009-2011, to 3000-kilogramowy łazik sześciokołowy wypełniony instrumentami naukowymi. Zarówno przestrajalny spektrometr laserowy, jak i spektrometr masowy-chromatograf gazowy mogą zarówno wyłapać proporcje izotopowe węgla, jak i innych pierwiastków.
* Beagle 3, następca brytyjskiego Beagle 2 zagubionego w kosmosie, może być wyposażony w ulepszony spektrometr masowy zdolny do pomiaru stosunków izotopów węgla, ale projekt nie został jeszcze zatwierdzony. Statek wystartuje co najmniej do 2009 roku.
Od tych dat premiery jasne jest, że jury tego, kto-nie-musi-pozostać w sekwestrze przez lata, dopóki twarde dane na temat źródła metanu na Marsie nie będą dostępne w sali naukowej. W tym momencie można śmiało powiedzieć, że wielu biegłych świadków poważnie podchodzi do źródła biogenicznego. Na przykład Vladimir Krasnopolsky, który kierował jednym z zespołów, który znalazł metan na planecie, mówi: „Bakterie, jak sądzę, są prawdopodobnymi źródłami metanu na Marsie, najbardziej prawdopodobnym źródłem”. Oczekuje jednak, że drobnoustroje zostaną znalezione w oazach, „ponieważ marsjańskie warunki są bardzo wrogo nastawione do życia. Myślę, że bakterie te mogą istnieć w niektórych miejscach, w których jest ciepło i mokro. ”
Ta obserwacja wskazuje na możliwą sytuację, w której wygrywają wszyscy ci, którzy chcą znaleźć życie na Marsie, mówi Timothy Kral z University of Arkansas, który zarabia na życie metanogenami. Jeśli, jak sugerują obliczenia, asteroidy i komety prawdopodobnie nie dostarczą metanu na Marsa, to albo organizmy wytwarzające metan muszą żyć pod powierzchnią, albo jest miejsce, w którym jest wystarczająco ciepło, by mogło powstać abiogenne.
„Chociaż nie jest to bezpośrednia oznaka życia, jest oznaką ocieplenia” - mówi Kral. W tych warunkach „organizm potrzebuje ciepła, energii do wzrostu”.
W ciągu ostatniego roku wiele się zmieniło. Kral, który spędził kilkanaście lat, uprawiając metanogeny w symulowanym środowisku marsjańskim, mówi: „Przed zeszłym rokiem, kiedy ludzie pytali, czy sądzę, że na Marsie jest życie, zachichotałem. Nie zajmowałbym się tym biznesem, gdybym nie myślał, że to możliwe, ale nie było prawdziwych dowodów na jakiekolwiek życie. Potem nagle, w zeszłym roku, znaleźli metan w atmosferze, a my nagle mamy prawdziwy dowód naukowy, który mówi, że to możliwe ”, że Mars jest drugą żyjącą planetą.
Oryginalne źródło: NASA Astrobiology
