کاوشگر مریخ کنجکاوی، امضای کربن قوی را در بستر سنگ می بیند – می تواند نشان دهنده فعالیت بیولوژیکی باشد


نمایش کنجکاوی گرینیو پدیمان

تا آنجا که می دانیم کربن برای زندگی حیاتی است. بنابراین هر زمان که ردپای کربن قوی در جایی مانند مریخ را شناسایی کنیم، می تواند نشان دهنده فعالیت بیولوژیکی باشد.

آیا سیگنال کربن قوی در سنگ های مریخ نشان دهنده نوعی فرآیندهای بیولوژیکی است؟

هر سیگنال کربن قوی زمانی که شما به دنبال زندگی هستید جالب است. این جزء مشترک همه زندگی است که ما آن را می شناسیم. اما کربن انواع مختلفی دارد و کربن به دلایل دیگری می تواند در محیط متمرکز شود. این به طور خودکار به این معنی نیست که زندگی در ردپای کربن دخیل است.

اتم های کربن همیشه شش پروتون دارند، اما تعداد نوترون ها می تواند متفاوت باشد. اتم های کربن با تعداد نوترون های مختلف ایزوتوپ نامیده می شوند. سه ایزوتوپ کربن به طور طبیعی وجود دارد: C12 و C13 که ایزوتوپ های پایدار هستند و C14 که رادیونوکلئید هستند. C12 شامل شش نوترون، C13 حاوی هفت نوترون و C14 حاوی هشت نوترون است.

وقتی صحبت از ایزوتوپ های کربن می شود، زندگی C12 را ترجیح می دهد. آنها از آن در فتوسنتز یا متابولیسم غذا استفاده می کنند. دلیل آن نسبتاً ساده است. C12 یک نوترون کمتر از C13 دارد، به این معنی که وقتی با اتم های دیگر در مولکول ها متصل می شود، اتصالات کمتری نسبت به C13 در همان موقعیت ایجاد می کند. زندگی اساساً تنبل است و شما همیشه برای انجام کارها به دنبال ساده ترین راه خواهید بود. استفاده از C12 آسانتر است زیرا پیوندهای کمتری نسبت به C13 ایجاد می کند. رسیدن به C13 آسان‌تر است و وقتی راه آسان‌تری در دسترس باشد، زندگی هرگز راه سختی را طی نمی‌کند.

کنجکاوی در دهانه گیل مریخ سخت کار می کند و به دنبال نشانه هایی از حیات است. او سنگ ها را حفاری می کند، یک نمونه پودر شده را استخراج می کند و آن را در آزمایشگاه شیمی داخلی می گذارد. آزمایشگاه کنجکاوی SAM نام دارد که مخفف عبارت Sample Analysis at Mars است. در داخل SAM، مریخ نورد از تجزیه در اثر حرارت برای پختن نمونه و تبدیل کربن موجود در سنگ به متان استفاده می کند. پیرولیز در یک جریان هلیوم بی اثر انجام می شود تا از هر گونه آلودگی در فرآیند جلوگیری شود. او سپس گاز را با ابزاری به نام طیف‌سنج لیزری تنظیم‌پذیر بررسی می‌کند تا ببیند ایزوتوپ‌های کربن در متان چیست.

ابزار تحلیل نمونه مریخ نورد کنجکاوی ناسا در مریخ (SAM).

ابزار تجزیه و تحلیل نمونه در مریخ SAM نام دارد. SAM از سه ابزار مختلف تشکیل شده است که مواد شیمیایی آلی و عناصر سبک را که به طور بالقوه اجزای مهم حیات هستند، جستجو و اندازه گیری می کنند. اعتبار: NASA/JPL-Caltech

تیم پشت سیستم SAM Curiosity 24 نمونه سنگ را در این فرآیند بررسی کردند و اخیراً چیزی قابل توجه کشف کردند. شش نمونه از نمونه ها سطوح بالای C12 تا C13 را نشان دادند. در مقایسه با استاندارد مرجع مبتنی بر زمین برای نسبت های C12/C13، نمونه های این شش سایت حاوی بیش از ۷۰ قسمت در هزار C12 بودند. روی زمین، ۹۸.۹۳ درصد کربن C12 زمین است و C13 1.07 درصد باقی مانده را تشکیل می دهد.

یک مطالعه جدید منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) نتایج را ارائه می دهد. عنوان آن “ساختارهای ایزوتوپ کربن تخلیه شده مشاهده شده در دهانه گیل، مریخ” است. نویسنده اصلی، کریستوفر هاوس، دانشمند کنجکاوی در دانشگاه پن است.

این یک کشف هیجان انگیز است و اگر این نتایج روی زمین به دست می آمد، نشان می داد که یک فرآیند بیولوژیکی C12 فراوانی تولید کرده است.

در زمین باستانی، باکتری های پلاژیک متان را به عنوان یک محصول جانبی تولید می کردند. آنها متانوژن نامیده می شوند و پروکاریوت هایی از حوزه Archaea هستند. متانوژن ها امروزه هنوز در زمین، در تالاب های کم اکسیژن، در دستگاه گوارش نشخوارکنندگان و در محیط های خشن مانند چشمه های آب گرم یافت می شوند.

این باکتری ها متان تولید می کنند که وارد جو می شود و با نور ماوراء بنفش واکنش نشان می دهد. این فعل و انفعالات مولکول های پیچیده تری تولید می کنند که به سطح زمین می افتند. آنها همراه با ردپای کربنشان در صخره های زمین حفظ شده اند. ممکن است همین اتفاق در مریخ نیز رخ داده باشد و اگر این اتفاق افتاده باشد، می تواند اکتشافات کنجکاوی را توضیح دهد.

اما این مریخ است. اگر تاریخ جستجوی حیات در مریخ چیزی به ما می‌گوید، اینطور نیست که ما از خودمان جلوتر باشیم.

پل ماهافی، محقق اصلی سابق که نمونه‌های کنجکاوی را در آزمایشگاه مریخ تجزیه و تحلیل می‌کرد، گفت: «ما در حال یافتن چیزهای جالب در مریخ هستیم، اما واقعاً به شواهد بیشتری نیاز داریم تا بگوییم حیات را شناسایی کرده‌ایم». “بنابراین ما در حال بررسی این هستیم که اگر نه حیات، علت امضای کربنی که می بینیم چه بوده باشد.”

کنجکاوی یک راز را بررسی می کند

کنجکاوی این عکس پانوراما ۳۶۰ درجه را در ۹ آگوست ۲۰۱۸ در Vera Rubin Ridge ثبت کرد. منبع: ناسا / JPL-Caltech / MSSS

نویسندگان در مقاله خود نوشتند: «توضیحات قابل قبول متعددی برای کسانی که به طور غیرعادی تحلیل رفته اند وجود دارد. ۱۳C در متان در حال تکامل مشاهده می شود، اما هیچ توضیح واحدی را نمی توان بدون تحقیق بیشتر پذیرفت. “

یکی از مشکلات در درک ردپای کربن مانند این، به اصطلاح سوگیری زمین است. بیشتر آنچه دانشمندان در مورد شیمی جو و چیزهای مرتبط می دانند بر اساس زمین است. بنابراین وقتی نوبت به امضای کربن تازه کشف‌شده در مریخ می‌رسد، برای دانشمندان دشوار است که ذهن خود را نسبت به احتمالات جدیدی که ممکن است در مریخ وجود نداشته باشند باز نگه دارند. تاریخچه جستجوی حیات در مریخ این را به ما می گوید.

Jennifer L. Eigenbrod، اختر زیست شناس گدارد، که در مطالعه کربن شرکت داشت، گفت. پیش از این، Eigenbrode رهبری یک تیم بین‌المللی از دانشمندان کنجکاوی را در کشف مولکول‌های آلی بی‌شماری – حاوی کربن – در سطح مریخ بر عهده داشت.

ایگنبرود گفت: “ما باید ذهن خود را باز کنیم و خارج از چارچوب فکر کنیم، و این کاری است که این مقاله انجام می دهد.”

محققان در مقاله خود به دو توضیح غیر بیولوژیکی برای امضای کربن غیرعادی اشاره کردند. یکی از آنها شامل ابرهای مولکولی است.

فرضیه ابر مولکولی بیان می کند که منظومه شمسی ما صدها میلیون سال پیش از یک ابر مولکولی عبور کرده است. این یک رویداد نادر است، اما هر ۱۰۰ میلیون سال یک بار اتفاق می افتد، بنابراین دانشمندان نمی توانند آن را رد کنند. ابرهای مولکولی در درجه اول هیدروژن مولکولی هستند، اما ممکن است یکی از نوع سبکتر کربن کنجکاوی کشف شده در دهانه گیل غنی باشد. ابر ممکن است به طور قابل توجهی مریخ را خنک کرده باشد و در این سناریو باعث ایجاد یخبندان شود. سرد شدن و یخ زدگی از مخلوط شدن کربن سبکتر در ابرهای مولکولی با کربن دیگر مریخ جلوگیری می کرد و رسوبات دی اکسید کربن بالا را ایجاد می کرد. در این مقاله آمده است که “ذوب یخبندان در طول دوره یخبندان و پس از آن یخ ها پس از آن باید ذرات غبار بین ستاره ای را در سطح ژئومورفولوژیکی باقی بگذارند”.

از آنجایی که کنجکاوی سطوح بالای C12 را در بالای خط الراس – مانند خط الراس Vera Rubin – و سایر نقاط مرتفع در دهانه گیل پیدا کرده است، این فرضیه مطابقت دارد. در این مقاله آمده است: نمونه‌ها از «…انواع سنگ‌ها (سنگ رسی، ماسه و ماسه‌سنگ) جمع‌آوری شدند و به طور موقت در طول عملیات مأموریت تا به امروز توزیع شدند. با این حال، فرضیه ابر مولکولی زنجیره ای از رویدادها بعید است.

مریخ نورد کنجکاوی ناسا در ریج ورا رابین

مریخ نورد کنجکاوی ناسا بازوی رباتیک خود را با مته به سمت آسمان بالا می برد و در حالی که ریج ورا روبین را در پایه کوه شارپ در داخل دهانه گیل کاوش می کند – در پس زمینه لبه دهانه دوردست. این موزاییک دوربین Navcam از تصاویر خام گرفته شده در Sol 1833، ۲ اکتبر ۲۰۱۷، دوخته شده و رنگی شده است. اعتبار: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.

یکی دیگر از فرضیه های غیر بیولوژیکی نور فرابنفش است. جو مریخ حاوی بیش از ۹۵ درصد دی اکسید کربن است و در این سناریو، نور فرابنفش ممکن است با گاز دی اکسید کربن موجود در جو مریخ واکنش نشان دهد و در نتیجه ذرات حاوی کربن جدید ایجاد شود. این ذرات روی مریخ می باریدند و بخشی از سنگ های آنجا می شدند. این فرضیه شبیه به این است که متانوژن ها به طور غیرمستقیم C12 را روی زمین تولید می کنند، اما کاملا غیر زنده است.

کریستوفر هاوس، نویسنده اصلی، گفت: “هر سه توضیح با داده ها مطابقت دارند.” ما فقط به داده های بیشتری نیاز داریم تا آنها را رد یا حذف کنیم.”

سنگ های کربن دار متمایز مریخ

این شکل از مطالعه سه فرضیه را که می تواند امضای کربن را توضیح دهد، روشن می کند. آبی متان تولید شده بیولوژیکی از داخل مریخ را نشان می دهد که ماده آلی تخلیه شده را پس از فوتولیز ۱۳ درجه سانتیگراد رسوب می دهد. نارنجی واکنش های فتوشیمیایی را از طریق نور فرابنفش نشان می دهد که می تواند منجر به بسیاری از محصولات جوی شود، که برخی از آنها ممکن است به صورت ماده آلی با پیوندهای شیمیایی به راحتی شکسته شوند. خاکستری فرضیه ابر مولکولی را نشان می دهد. اعتبار: هاوس و همکاران ۲۰۲۲.

هاوس افزود: روی زمین، فرآیندهایی که سیگنال کربنی را که ما در مریخ شناسایی می کنیم تولید می کنند، فرآیندهای بیولوژیکی هستند. ما باید بفهمیم که آیا همان توضیح برای مریخ جواب می دهد یا توضیحات دیگری وجود دارد زیرا مریخ کاملاً متفاوت است.

تقریباً نیمی از نمونه‌های کنجکاوی حاوی سطوح بالای غیرمنتظره C12 بودند. نه تنها از نسبت زمین بالاتر است. این بالاتر از آن چیزی است که دانشمندان در شهاب سنگ های مریخ و جو مریخ یافته اند. نمونه‌ها از پنج مکان در دهانه گیل آمده بودند و همه مکان‌ها یک چیز مشترک داشتند: سقف‌های باستانی به خوبی حفظ شده بودند.

همانطور که پل ماهافی گفت، نتایج “بسیار جالب توجه” هستند. اما دانشمندان هنوز در حال یادگیری در مورد چرخه کربن در مریخ هستند و ما هنوز چیز زیادی نمی دانیم. وسوسه انگیز است که در مورد چرخه کربن در مریخ بر اساس چرخه کربن در زمین فرضیاتی ایجاد کنیم. اما کربن ممکن است به روشی در مریخ به گردش در آید که ما هنوز حدس نزده ایم. اینکه آیا این امضای کربن در نهایت نشانه ای از حیات است یا نه، هنوز دانش ارزشمندی در مورد درک امضای کربن مریخ است.

اندرو استیل، دانشمند کنجکاوی در مؤسسه علوم کارنگی در واشنگتن دی سی، می گوید: «تعریف چرخه کربن در مریخ کاملاً کلید تلاش برای درک چگونگی قرار گرفتن حیات در آن چرخه است. ما این کار را با موفقیت روی زمین انجام داده‌ایم، اما تازه شروع به تعریف این چرخه برای مریخ کرده‌ایم.»

اما نتیجه گیری درباره مریخ بر اساس چرخه کربن روی زمین آسان نیست. استیل این را زمانی توضیح داد که گفت: “بخش بزرگی از چرخه کربن روی زمین وجود دارد که شامل حیات است، و به دلیل حیات، بخش بزرگی از چرخه کربن روی زمین وجود دارد که ما آن را درک نمی کنیم زیرا به هر کجا که نگاه کنیم، زندگی وجود دارد. “

سلفی پشتکار در روشت

مریخ نورد Perseverance ناسا به دنبال نشانه هایی از حیات باستانی در مریخ در دهانه Jezero است. نتایج حاصل از کنجکاوی می‌تواند از فعالیت‌های نمونه‌گیری مداوم خبر دهد. اعتبار: NASA/JPL-Caltech/MSSS

کنجکاوی هنوز در مریخ در حال فعالیت است و برای مدتی خواهد بود. معنای این نمونه ها همراه با درک بهتر چرخه کربن در مریخ، در پیش است. کنجکاوی نمونه های بیشتری از سنگ ها را برای اندازه گیری غلظت ایزوتوپ کربن می گیرد. از سنگ های دیگر سطوح باستانی و به خوبی محافظت شده نمونه برداری می کند تا ببیند آیا نتایج مشابه آن ها هستند یا خیر. در حالت ایده‌آل، با ستون متان دیگری روبرو می‌شود و از آن نمونه‌برداری می‌کند، اما این رویدادها غیرقابل پیش‌بینی هستند و هیچ راهی برای آماده شدن برای آن وجود ندارد.

در هر صورت، این نتایج به جمع آوری نمونه های ماندگار در دهانه Jezero کمک می کند. پشتکار ممکن است سیگنال های کربن مشابه را تأیید کند و حتی بیولوژیکی بودن یا نبودن آنها را تعیین کند.

استقامت همچنین در حال جمع آوری نمونه ها برای بازگشت به زمین است. دانشمندان این نمونه‌ها را فعال‌تر از آزمایشگاه روی مریخ‌نورد مطالعه خواهند کرد، بنابراین چه کسی می‌داند ما چه خواهیم آموخت.

حیات باستانی در مریخ یک احتمال وسوسه انگیز است، اما حداقل در حال حاضر، قطعی نیست.

در ابتدا در Universe Today منتشر شد.

برای اطلاعات بیشتر در مورد این تحقیق رجوع کنید به:

مرجع: “ترکیبات ایزوتوپ کربن تخلیه شده مشاهده شده در دهانه گیل، مریخ” توسط کریستوفر اچ. . آتریا، جنیفر ال. ایگنبرود، الکسیس گیلبرت، امی ای. هافمن، ماوا میلان، اندرو استیل، دانیل بی. گلاوین، چارلز آ. مالسپین و پل آر. ماهافی، ۱۷ ژانویه ۲۰۲۲، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119