Nya beräkningar lämnar bara en riktigt anmärkningsvärd möjlighet kvar
Forskare har länge stått handfallna: härstammar denna samling kolföreningar från sten och solljus, eller pekar den mot något som en gång levde? En färsk studie väger alla kända icke-biologiska processer mot varandra – och de visar sig nästan oförmögna att förklara mysteriet.
Curiosity stöter på ovanligt rik Mars-sten
Upptäckten som allt handlar om gjordes i Gale-kratern – en enorm nedslagskrater där Curiosity har rullat runt sedan 2012. I ett lager av lersten borrade rovern ut ett prov som sedan värmdes upp och analyserades i dess lilla inbyggda laboratorium.
Till teamets stora förvåning dök det upp organiska föreningar med kedjor på upp till tolv kolatomer. Det är anmärkningsvärt mycket för Mars, där organiska molekyler normalt förekommer sällan och fragmenterat. Här handlade det om ett av de rikaste proverna som rovern hittills har undersökt.
På Jorden möter vi sådana föreningar bland annat i fettsyror och andra byggstenar i celler. Ändå vågar planetforskare inte genast tala om fossila bakterier. Organiska molekyler kan nämligen gott uppstå utan att en enda cell någonsin varit inblandad.
Den centrala frågan: är vi på spåret av en gammal kemisk ursoppa, eller är det rester av något som en gång levde?
Därför är organiska molekyler så sårbara på Mars
Mars har en extremt tunn atmosfär och inget skyddande magnetfält. Markytan har i miljarder år legat under ett bombardemang av kosmisk strålning och ultraviolett solljus. Organiska föreningar bryts långsamt ner till mindre fragment eller försvinner helt under dessa förhållanden.
Forskarna bedömer att bergarten som Curiosity borrade i har ackumulerat omkring åtta miljoner år av strålningsskador. Den som idag mäter en betydande mängd organiskt material måste därför räkna med en mycket större ursprunglig mängd långt tillbaka i tiden.
Det är precis vad teamet har gjort i den nya studien. I laboratorier på Jorden simulerade de Mars-bergarter utsatta för långvarig bestrålning. Därefter räknade de baklänges för att ta reda på vilken mängd organiska ämnen som ursprungligen måste ha funnits i stenen för att lämna de uppmätta koncentrationerna efter miljoner år.
Laboratorietest: kan ”död” kemi ens åstadkomma detta?
Resultaten, publicerade i tidskriften Astrobiology, pekar i en tydlig riktning. Om Curiositys mätning stämmer måste den ursprungliga mängden organiska molekyler i lerstenen ha varit extremt hög – högre än man med rimlighet kan förvänta sig av rent icke-biologiska processer.
Forskarteamet gick igenom en rad hypoteser, alla utan inblandning av liv:
- tillförsel av organiska partiklar från rymden via kosmiskt damm
- organiskt material i meteoriter som träffar Mars
- bildning i en äldre, tätare Mars-atmosfär via solljus och blixtar
- komplexa molekyler djupt i manteln som förts upp till ytan genom nedslag
För varje scenario byggde de modeller: hur mycket organiskt material kan en sådan process leverera, och hur snabbt försvinner det igen under bestrålning? I samtliga fall låg den förväntade mängden långt under de koncentrationer som Curiosity har mätt i Gale-kratern.
Ingen av de testade döda kemiska vägarna levererar tillräckligt med organiskt material för att trovärdigt förklara Curiosity-provet.
Därför räcker inte kosmiskt damm och meteoriter till
Kosmiskt damm och meteoriter utgör ett slags konstant regn av organiska molekyler över planeterna. På Jorden spelar de en blygsam roll i kolcykeln, och på Mars skulle det teoretiskt kunna fungera på samma sätt.
Forskarna tog kända nedslagshastigheter och genomsnittliga mängder av organiskt kol i meteoriter och damm och arbetade in dem i sin modell för Gale-kratern. De lade ihop miljoner års tillströmmande material, men drog också av det som under samma period bryts ner av strålning.
Även i det mest optimistiska scenariot kom den uppskattade koncentrationen inte ens i närheten av vad Curiosity fann i borrhålet. Rymdens tillförsel fungerar mer som ett tunt lager smulor än som ett tjockt lager organiskt ”sediment”.
En ung Mars med tätare atmosfär hjälper inte heller tillräckligt
En annan möjlighet: kanske producerade en tidigare, varmare Mars själv organiska molekyler i atmosfären. Något liknande händer på Titan, Saturnus största måne, där solljus och partikelstrålning bygger upp en dimma av organisk dis ur metan och kväve.
För Mars genomräknade forskarna scenarier där planeten för länge sedan hade en tätare atmosfär med fler växthusgaser. Nyckeln ligger i förhållandet mellan metan och koldioxid. Det krävs tillräckligt med metan för att producera stora mängder komplex organisk dimma som sedan faller ner i sjöar och hav.
Enligt modellen skulle Mars helt enkelt ha haft för lite metan i luften för detta. Den teoretiska organiska produktionen förblir återigen lägre än det som bergarten i Gale-kratern visar.
Djup geokemi passar inte till bergarten
En sista icke-biologisk möjlighet är att det djupt inne i planetens mantel, under värme och tryck, uppstår komplexa kolföreningar. Dessa skulle kunna föras upp till ytan via vulkanism eller kraftiga nedslag.
Sådana processer lämnar spår i stenens kemiska sammansättning och struktur. Den lersten som Curiosity borrade i liknar inte detta mönster. Det handlar om en sedimentär bergart som en gång låg på botten av en sjö eller en vattenyta med lågt vattenstånd – inte en mantelsten som pressats upp vid ett nedslag.
Här uppstår problemet: om de organiska molekylerna hade kommit från djupet skulle hela bergarten se annorlunda ut. Curiositys data stöder inte denna bild.
Är ett biologiskt ursprung då den enda återstående förklaringen?
Forskarna är försiktiga med stora uttalanden. De säger inte: ”detta är liv.” De fastslår däremot att ingen testad icke-biologisk process logiskt kan förklara den uppmätta mängden organiska molekyler.
Det gör ett biologiskt ursprung mer attraktivt som hypotes. På Jorden uppstår fettsyror och liknande organiska kedjor ofta via levande celler eller via rester av döda organismer i lera och sediment. Något motsvarande kunde ha ägt rum på Mars för länge sedan – i en sjö i Gale-kratern.
Studien flyttar schackbrädet ett fält i riktning mot ”gammal Mars-biologi”, men sätter långtifrån schackmatt ännu.
Det stora problemet är att Curiosity inte kan dissekera molekylerna i detalj. Instrumenten ombord är tio år gamla och designade för bred geokemisk forskning – inte för de finaste biologiska fingeravtrycken. Den sortens arbete kräver laboratorier på Jorden.
Därför verkar en Mars Sample Return-mission ännu mer brådskande nu
För att få ett slutgiltigt svar önskar NASA och ESA genomföra en serie uppdrag som ska föra hem rör med Mars-bergarter till Jorden. Detta projekt är känt som Mars Sample Return. Planen är att Perseverance redan nu deponerar rör i Jezero-kratern, varefter en landarfarkost och en liten raket hämtar upp dem och skickar dem till en uppsamlingskapsel i omloppsbana kring Mars, som sedan transporterar lasten till Jorden.
Diskussionen om de organiska molekylerna i Gale-kratern visar varför sådana uppdrag är så värdefulla. Med den bästa laboratorieutrustningen kan forskare:
- bestämma molekylernas exakta struktur
- söka efter mönster som är typiska för biologiska processer
- mäta isotopförhållanden för kol och väte
- fastställa åldern på bergartslagren exakt
Särskilt isotopanalyser är känsliga för livsprocesser. Liv på Jorden producerar till exempel ett karakteristiskt förhållande mellan lätta och tyngre kolisotoper – och det är just något liknande som planetforskare också letar efter på Mars.
Vad menar forskarna egentligen med organiska molekyler och abiotiskt?
När folk hör ordet ”organiskt” tänker många genast på växter och djur. Inom kemin betyder organiskt dock bara att föreningen innehåller kol. Bensin, plast och alkohol är alltså lika organiska ämnen som DNA eller fettsyror.
”Abiotiskt” refererar till processer som inte involverar liv – till exempel reaktioner mellan sten, vatten och vulkaniska gaser, eller molekyler som bildats i rymden via solljus och strålning. Dessa processer kan visserligen producera komplexa strukturer, men de följer andra mönster än celler och organismer.
Forskarna försöker kontinuerligt avgöra om en given samling molekyler från Mars-prover passar bättre till ett geologiskt ursprung, eller om den liknar något som på Jorden typiskt härstammar från biologisk aktivitet. Det är ett statistiskt pussel – inte ett svart-vitt-test.
Vad denna typ av forskning berättar för oss om Jordens egen historia
Den unga Jorden liknade på vissa punkter den tidiga Mars: vulkaniskt aktiv, präglad av många nedslag, sannolikt med hav och sjöar och en atmosfär med en helt annan sammansättning än idag. Genom att genomräkna icke-biologiska processer på Mars skärper forskarna också sin förståelse av hur de första organiska byggstenarna uppstod på Jorden.
Om det visar sig att en planet som Mars nästan inte kan producera stora mängder organiska molekyler utan hjälp från liv, antyder det samtidigt att liv på steniga planeter inte behöver vara extremt sällsynt. Omvänt visar varje nytt scenario som faktiskt fungerar hur långt man kan nå med ren geokemi.
I praktiken betyder det att varje ny mätning på Mars, varje modell och varje kontroversiellt resultat – som denna mystiska lersten från Gale-kratern – bit för bit förskjuter gränserna för vad vi förstår med ”död” kemi på en gammal planet. Det är precis i detta gränsområde mellan sten och cell som forskare hoppas förstå livets historia i universum bättre.
