Djupt inne i en uråldrig krater på Mars har en Nasa-rover hittat så stora mängder organiskt material att en specifik förklaring blir alltmer trovärdig.
Forskare krafsar sig i huvudet över en sten i Gale-kratern som rovern Curiosity har undersökt ingående. I detta lilla stycke marsjord har man upptäckt oväntat stora kvantiteter av organiska föreningar. Nya modeller visar att kända, livlösa processer knappast kan förklara dessa mängder. För första gången flyttar scenariot med tidigt liv på Mars på allvar in i centrum — även om ingen ännu vågar kalla det ett genombrott.
Curiosity stöter på ovanligt rik Mars-sten
Curiosity har sedan 2012 utforskat Gale-kratern, en enorm nedslagskrater där det en gång stod vatten. I en lersten, bildad på botten av en förhistorisk sjö, hittade larvbandsfordonet en ovanligt rik blandning av organiska molekyler.
Det handlar om föreningar med kedjor på upp till tolv kolatomer. För Mars-måttstock är det ett betydande fynd. De flesta tidigare mätningar levererade bara minimala spår, oftast på eller precis under ytan.
Den uppmätta mängden organiskt material i denna sten hör, enligt gängse modeller, helt enkelt inte hemma på en kall, tunn och livlös planet.
Från början hängde en brännande fråga över undersökningen: rör det sig om en så kallad biosignatur — ett fingeravtryck från mikrober som en gång fanns? Eller är det bara en anhopning av geokemiska tillfälligheter utan liv inblandat?
Varför organiska molekyler på Mars är så anmärkningsvärda
Organiska molekyler är kolbaserade föreningar. De utgör livets byggstenar, som vi känner det från jorden, men de kan också uppstå utan liv — till exempel via vulkaniska reaktioner eller meteoritnedslag.
På Mars kommer en extra komplikation: planeten har nästan ingen magnetisk sköld och bara en tunn atmosfär. Högenergetisk strålning från rymden bryter långsamt ner organiska molekyler. Ju längre en sten har legat exponerad på ytan, desto mindre organiskt material finns det normalt kvar.
- stark strålning bryter upp kolkedjor i små fragment;
- oxidanter i marklagret angriper molekylerna ytterligare;
- sandstormar sliter bort materialet och blandar lager tillsammans.
Att det trots dessa förhållanden fortfarande finns så många komplexa föreningar i lerstenen gav forskarna anledning att studera fyndet extraordinärt grundligt.
Laboratorieförsök ska efterlikna Mars
Curiosity förfogar inte över den känsliga laboratorieutrustning man finner i en jordbaserad forskningsanläggning. Instrumenten ombord kan snusa och smaka, men inte bryta ner varje enskild molekyl i detalj. Därför valde forskarna en omväg.
Ett internationellt team, däribland exobiolog Caroline Freissinet, simulerade i laboratoriet hur Mars-sten förändras under tiotusentals miljoner år med strålning. De lät jordiska bergarter med kända koncentrationer av organiskt material ”åldras” under förhållanden som liknar dem på den röda planeten.
Därefter räknade de baklänges: om man idag mäter så många molekyler, hur mycket måste det då ha funnits tidigare, innan strålning och kemiska reaktioner tog vid?
Modell pekar på enorm ursprunglig kolmängd
Resultatet var slående. För att den uppmätta mängden organiskt material i Mars-stenen ska vara kvar idag måste den ursprungliga koncentrationen ha varit kolossal — långt högre än vad man skulle förvänta sig från slumpmässig tillförsel från rymden eller enkla geokemiska processer.
Alla kända naturliga källor utan liv levererar, enligt modellerna, alldeles för få organiska molekyler för att nå upp till den faktiska mätningen.
Studien, publicerad i facktidskriften Astrobiology, testade flera scenarier mot Curiositys data.
Scenario 1: kosmiskt damm och meteoriter
Meteoriter och interplanetära dammpartiklar bär med sig organiska föreningar till planeter. Mars har bombarderats av detta material i miljarder år. Forskarna beräknade hur mycket organiskt kol det teoretiskt sett kan ge i Gale-kratern.
Resultatet kom inte ens i närheten av de faktiska mätningarna. Även vid extrema antaganden om tillförseln förblev klyftan mellan modell och verklighet stor.
Scenario 2: gammal atmosfär full av metan
En annan möjlighet: i en avlägsen förfluten tid hade Mars en tjockare atmosfär, mer vatten och kanske mer metan. Under solljus kan det då bildas organiska molekyler i luften som via regn och damm faller ner på ytan.
Men detta scenario stöter på förhållandet mellan metan och koldioxid. Enligt rekonstruktioner fanns det långt ifrån tillräckligt med metan i den gamla Mars-luften för att förklara de stora mängderna organiska föreningar i stenen.
Scenario 3: djup geologi och vulkanism
Även kemi i den djupa underjorden har beräknats. I planeters inre kan det vid högt tryck och temperatur bildas komplexa kolföreningar. Eventuell vulkanisk aktivitet eller stora nedslag skulle kunna ha fört upp det materialet till ytan.
Problemet är att stenens nuvarande sammansättning inte stämmer med det. Mineralerna i lerstenen vittnar om en lugn avlagring i vatten — inte ett våldsamt ursprung från manteln. Därmed faller även detta scenario till marken.
Finns det nu bara en seriös kandidat kvar?
När alla kända livlösa processer inte räcker till riktar sig tankarna automatiskt mot biologi. Forskarna är anmärkningsvärt försiktiga i sina slutsatser, men låter ändå förstå att liv-scenariot inte längre befinner sig som en avlägsen möjlighet i kulisserna.
De uppmätta mängderna organiskt material passar påfallande bra med vad man skulle förvänta sig i ett gammalt sediment där mikrobiologiskt liv en gång var aktivt.
På jorden förknippar forskare den sortens molekyler ofta med fettsyror och alkaner som utgjorde delar av cellmembran eller andra biologiska strukturer. Teamet varnar dock mot förhastade slutsatser. Utan fysiska prover undersökta med den bästa utrustningen på jorden finns det fortfarande utrymme för okänd kemi som ingen ännu har tänkt på.
Därför vill vi ha stenen förd till jorden
Diskussionen understryker hur begränsade en rovers möjligheter är — oavsett hur avancerad den är. Curiosity kan borra, värma upp och mäta grova molekylmönster, men inte utföra en komplett strukturanalys av varje enskild partikel.
Därför ser många forskare fram emot den planerade Mars Sample Return-missionen från Nasa och ESA. Tanken är att en framtida mission samlar in noggrant utvalda rör med marsjord, skjuter upp dem i en liten raket från planeten och för dem i strikt karantän till jorden.
- Curiosity och Perseverance hittar intressanta platser och prover;
- en senare mission hämtar en del av dessa rör;
- proverna hamnar i ultrarent laboratorium för analys;
- med masspektrometrar och elektronmikroskop kan man söka efter strukturella biosignaturer.
Först med den sortens mätningar kan forskarna till exempel se skillnad på molekyler sorterade av biologi och varianter som uppstått slumpmässigt.
Vad denna studie redan förändrar
Även utan ett klart uttalande om liv har forskningen stor betydelse. För det första visar den att organiskt material på Mars kan överleva bättre än tidigare antagits. Så länge stenarna inte har varit för intensivt utsatta för strålning bevaras förvånansvärt mycket information.
För det andra förskjuts uppmärksamheten inom planeten: gamla sjöar och lersten, som i Gale-kratern, verkar erbjuda de bästa chanserna för spår av tidigt liv. Det stämmer överens med valet av landningsplatser för både Curiosity och den yngre rovern Perseverance.
Hur känner man igen ”liv” i Mars-bergarter?
Även om det snart ligger prover i ett laboratorium på jorden kvarstår frågan hur man skiljer mellan biologi och kemi utan celler eller fossiler. Forskarna tittar bland annat på mönster i kedjelängder av kolväten, isotopförhållanden för kol och den rumsliga fördelningen av organiskt material i bergarterna.
På jorden lämnar mikrober ofta typiska signaturer: de föredrar till exempel bestämda kedjelängder eller lättare isotoper. Om Mars-bergarter visar liknande mönster stärks argumentet för tidigt liv betydligt.
För läsare som stöter på begreppen:
- Organisk förening: kolhaltig molekyl, ofta med väte, ibland med syre eller kväve;
- Abiotisk process: kemisk eller fysisk reaktion utan medverkan av levande organismer;
- Biosignatur: mätbart spår som pekar på livets inflytande, till exempel ett specifikt molekylmönster.
Den som följer utvecklingen kring Mars ser en tydlig trend. Varje ny studie gör planeten mindre steril och mer igenkännlig som en dynamisk värld med vatten, kemiska energikällor och nu även envisa organiska pusselbitar. Om det pusslet till slut bildar ordet ”liv” beror i hög grad på nästa generation av missioner — och på ett blygsamt stycke sten i en gammal krater som redan nu sätter igång diskussionen.
