Органічні молекули на Марсі: новий крок до розгадки життя

Дослідники, які аналізують подрібнену породу на борту марсохода NASA Curiosity, виявили найбільші органічні сполуки, знайдені на Червоній планеті на сьогодні. Ця знахідка, опублікована у понеділок у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, відкриває нові горизонти для розуміння пребіотичної хімії на Марсі та її потенційного зв’язку з виникненням життя. У зразку, отриманому з породи під назвою «Cumberland» у кратері Гейл, за допомогою мінілабораторії Sample Analysis at Mars (SAM), що розташована всередині ровера, були ідентифіковані молекули декану, ундекану та додекану. Ці сполуки, що складаються з 10, 11 та 12 атомів вуглецю відповідно, вважаються фрагментами жирних кислот, які збереглися в породі. На Землі жирні кислоти є важливими хімічними будівельними блоками життя, зокрема для формування клітинних мембран, хоча вони також можуть утворюватися без участі живих організмів унаслідок геологічних процесів, таких як взаємодія води з мінералами в гідротермальних джерелах.

Curiosity, який досліджує кратер Гейл з 2012 року, раніше вже знаходив простіші органічні молекули, але виявлення цих більших сполук стало першим доказом того, що органічна хімія на Марсі могла розвинутися до рівня складності, необхідного для зародження життя. Хоча наразі неможливо точно визначити джерело цих молекул — біологічне чи геологічне — їхня присутність викликає захват у науковців з кількох причин. По-перше, це підвищує ймовірність того, що на Марсі могли зберегтися великі органічні молекули, які є біосигнатурами — тобто такими, що утворюються виключно за участі живих організмів. По-друге, знахідка розвіює побоювання, що подібні сполуки не можуть витримати десятки мільйонів років під впливом інтенсивного випромінювання та окиснення на поверхні планети.

Ці результати мають велике значення для майбутніх місій, які планують доставити зразки марсіанського ґрунту на Землю для детального аналізу за допомогою найсучаснішого обладнання. «Наше дослідження доводить, що навіть сьогодні, аналізуючи зразки з Марса, ми могли б виявити хімічні ознаки минулого життя, якщо воно колись існувало на цій планеті», — зазначила Каролін Фрейссіне, головна авторка дослідження та науковиця з Французького національного центру наукових досліджень у лабораторії атмосфер і космічних спостережень у Гіянкурі, Франція. У 2015 році Фрейссіне вже очолювала команду, яка вперше остаточно ідентифікувала органічні молекули Марса в тому ж зразку «Cumberland», що й у новому дослідженні. Цей зразок неодноразово аналізувався за допомогою різних технік у лабораторії SAM, що робить його справжньою скарбницею хімічних даних.

Зразок «Cumberland» був отриманий у травні 2013 року під час буріння в районі кратера Гейл, відомого як Yellowknife Bay. Ця зона, що нагадує дно стародавнього озера, привернула увагу вчених настільки, що вони змінили маршрут ровера, відправивши його туди перед запланованим рухом до гори Шарп — основної мети місії. Рішення виявилося виправданим: «Cumberland» виявився багатим на хімічні підказки про минуле кратера, якому 3,7 мільярда років. Раніше вчені вже виявили в ньому глинисті мінерали, що утворюються у воді, велику кількість сірки, яка сприяє збереженню органічних молекул, а також нітрати, важливі для життя на Землі, і метан з типом вуглецю, що асоціюється з біологічними процесами. Найголовніше — Yellowknife Bay підтвердив свою природу як місце стародавнього озера, що могло концентрувати органічні молекули та зберігати їх у дрібнозернистій осадовій породі — муловидному камені.

«Є докази, що рідка вода існувала в кратері Гейл протягом мільйонів років, а можливо, й набагато довше, що означає достатній час для хімії, яка могла б призвести до виникнення життя в цих озерних середовищах на Марсі», — пояснив Деніел Главін, старший науковець з повернення зразків у Центрі космічних польотів імені Годдарда NASA у Грінбелті, штат Меріленд, і співавтор дослідження. Виявлення органічних сполук стало побічним результатом експерименту, спрямованого на пошук амінокислот — будівельних блоків білків. Після нагрівання зразка у печі SAM та аналізу маси вивільнених молекул амінокислот не знайшли, але вчені помітили невеликі кількості декану, ундекану та додекану.

Оскільки ці сполуки могли відірватися від більших молекул під час нагрівання, дослідники припустили, що вони є залишками жирних кислот — ундеканової, додеканової та три деканової кислот відповідно. Щоб перевірити гіпотезу, у лабораторії змішали ундеканову кислоту з марсіанською глиною та провели експеримент, подібний до SAM. Результат підтвердив, що при нагріванні кислота розпадається на декан. Далі вчені звернулися до попередніх досліджень, які показали, що ундекан може походити від додеканової кислоти, а додекан — від три деканової.

Цікавою деталлю стало те, що передбачувані жирні кислоти у зразку мають ланцюжки з 11−13 атомів вуглецю. На відміну від цього, небіологічні процеси зазвичай утворюють коротші кислоти з менш ніж 12 атомами вуглецю. Це може натякати на особливе походження молекул, хоча SAM не призначений для виявлення довших ланцюжків. У підсумку вчені визнають, що інструменти, які можна відправити на Марс, мають свої межі. «Ми готові зробити наступний великий крок і привезти зразки з Марса до наших лабораторій, щоб остаточно розв’язати питання про життя на цій планеті», — підсумував Главін.

Дослідження профінансувала Програма дослідження Марса NASA. Місію Curiosity керує Лабораторія реактивного руху NASA у Південній Каліфорнії, а SAM розробили в Центрі Годдарда. Французьке космічне агентство CNES надало газовий хроматограф для SAM. Ця знахідка — ще один крок до розгадки таємниць Марса, який дедалі більше інтригує науковців і людство.