Ett ovanligt stenblock i Gale-kratern
På Mars har man hittat ett bergfragment med en exceptionellt hög halt av organiska föreningar. Enkla kemiska modeller utan biologisk inblandning räcker inte längre för att förklara de uppmätta värdena.
Den lerskiffer som Curiosity-rovern undersökt i Gale-kratern innehåller så mycket organiskt kol att ett forskarteam från NASA och flera internationella forskningsinstitut dragit en obekväm slutsats: vanliga geologiska och kosmiska processer är otillräckliga för att förklara stenens sammansättning.
Vad Curiosity hittade i Gale-kratern
Curiosity har i över ett decennium utforskat Gale-kratern – en enorm, forntida sjö där flytande vatten cirkulerade för miljarder år sedan. I ett av borrproven stötte rovern på en sedimentär bergart rik på organiska föreningar med upp till cirka tolv kolatomer per molekyl. På Mars är det något ytterst sällsynt.
På jorden kopplas sådana ämnen ofta till biologisk aktivitet – det rör sig bland annat om fragment av fettsyror och andra molekyler kopplade till cellmembran eller nedbrytning av tidigare organismer. På den Röda Planeten sätter det omedelbart fantasin i rörelse: kan det röra sig om spår av liv?
Curiosity hittade en mängd organiska föreningar i marsiansk lerskiffer som inte enkelt kan förklaras av typisk abiotisk kemi.
Problemet är att rovern har en begränsad uppsättning instrument. Den kan detektera och delvis karakterisera organiska molekyler, men den kan inte avgöra om källan var biologisk eller rent geokemisk. Därför har en del av arbetet förflyttats från Mars till laboratorier här på jorden.
Experimentet: 80 miljoner år av marsiansk strålning i ett laboratorium
En ny analys, publicerad i tidskriften Astrobiology, gick ut på att i laboratoriemiljö återskapa vad som under tiotals miljoner år kan ha hänt med organiskt material strax under Mars yta. Teamet förberedde stenprover liknande dem från Gale-kratern, berikade dem med olika typer av organiska föreningar och utsatte dem sedan för simulerad strålning motsvarande den på den Röda Planetens yta.
Forskarna behövde ta hänsyn till flera avgörande faktorer:
- Mars har en mycket tunn atmosfär, vilket innebär att kosmisk strålning och solstrålning tränger djupt ned i marken.
- Organiska föreningar är känsliga för sådan strålning – molekylerna splittras, bildar enklare fragment eller förstörs helt.
- Curiosity borrar till ett djup av några centimeter, det vill säga i det lager där strålningsnedbrytningen är som starkast.
Forskarna undersökte hur mycket organiskt material som skulle "överleva" ett simulerat bombardemang motsvarande ungefär 80 miljoner år. Därefter jämfördes experimentens och modellernas resultat med roverens faktiska mätningar.
Modellernas slutsats: det måste en gång ha funnits betydligt mer
Beräkningarna visade att den nuvarande halten av organiska föreningar i den undersökta lerskiffern tyder på en mycket hög ursprungskoncentration. Med andra ord – innan strålningen under tiotals miljoner år "malde ned" stenen, måste samma plats ha innehållit en storleksordning mer organiskt kol.
Om Curiosity idag ser en så hög halt av organiska molekyler, innebär det att de genomgått en långvarig nedbrytning och ändå finns kvar i förvånansvärt stora mängder.
Det är just det här talet som blivit den springande punkten i diskussionen om dessa molekylers ursprung.
Varför enkel kemi inte räcker
Teamet analyserade flera potentiella källor till organiskt material på Mars, enbart med utgångspunkt i abiotiska processer – alltså helt utan inblandning av liv.
Scenario 1: ett "regn" från rymden
Den första möjligheten är kosmiskt stoft och meteoriter. Vi vet att mikrometeoriterrika på organiskt kol ständigt faller mot jorden. Mars fångar också upp dem. Forskarna beräknade därför hur många sådana molekyler som skulle kunna ha lagrats in i Gale-kraterns yta under hela dess existens.
Problemet: även vid antagande om ett generöst "meteorregn" stämde resultaten inte med vad Curiosity mätte. Modellen gav alltid för lite organiska föreningar jämfört med den verkliga stenen.
Scenario 2: en forntida tät atmosfär och jordliknande kemi
Det andra spåret utgick från att Mars för miljarder år sedan hade en betydligt tätare atmosfär, rik på gaser från vilka enkla organiska molekyler kunde bildas – ungefär som i klassiska laboratorieexperiment som visar uppkomsten av en "kemisk urbuljong". Förhållandet mellan metan och koldioxid är här avgörande.
Modellerna visar dock att förhållandet mellan dessa gaser på det unga Mars knappast gynnade produktion av stora mängder organiska föreningar i atmosfären, som sedan skulle ha sjunkit ned i den forntida sjön i Gale-kratern. Återigen nådde siffrorna inte upp till de nivåer som rovern registrerat.
Scenario 3: planetens djupa inre
En annan hypotes handlade om organiska föreningar bildade djupt i Mars mantel. Sådana molekyler skulle ha kunnat föras upp till ytan vid kraftiga meteoritnedslag eller genom forntida vulkaniska processer. I så fall borde dock mineralogisk sammansättning i stenen skilja sig tydligt.
Analysen av prover från Gale-kratern tyder på att den undersökta stenen liknar sediment från en forntida sjö snarare än material kastat upp från planetens djup. Om de viktigaste föreningarna hade bildats i manteln och slungats upp vid en kollision, skulle lerskifferns sammansättning se annorlunda ut. Det här scenariot tappar därmed sin trovärdighet.
Oavsett vilket abiotiskt ursprungsscenario som antogs – från rymden, från den forntida atmosfären eller från planetens inre – nådde modellerna aldrig upp till den mängd organiskt material som Curiosity observerat.
Är detta redan ett bevis på forntida liv på Mars?
Här uppstår en lockande tanke: om alla realistiska abiotiska scenarier slagit fel, kan vi ha att göra med ett kemiskt spår av organismer som en gång levde i Gale-sjön? Forskarna är mycket försiktiga. De påpekar att avsaknaden av en bra förklaring som utesluter liv inte automatiskt ger ett positivt svar.
Det centrala problemet är bristen på prover i jordbaserade laboratorier. Curiositys instrument är utmärkt konstruerade, men det är ändå ett miniatyrfältlaboratorium. Den precision och de analysmöjligheter som finns vid stora analytiska centrum kan helt enkelt inte matchas ute i rymden.
Varför Mars Sample Return-uppdraget är så viktigt
Därför väcker det planerade Mars Sample Return-uppdraget, som förbereds gemensamt av NASA och Europeiska rymdorganisationen, så starka känslor i forskarvärlden. Huvudmålet är att föra tillbaka hermetiskt förseglade bergprover till jorden – prover som rovern Perseverance just nu samlar in och förvarar i ett annat område av planeten.
Om sådana prover kan levereras till jordbaserade laboratorier kommer forskarna att kunna:
- undersöka den exakta sammansättningen av organiska molekyler, inklusive deras rumsliga struktur,
- mäta isotopförhållanden för kol och andra grundämnen, vilket är ett av de viktigaste testerna för biologiska processer,
- kontrollera om mikroskopiska strukturer liknande mikroorganismer eller biofilmer bevarats i stenarna,
- jämföra olika platser på Mars med varandra – till exempel Jezero-kratern som Perseverance undersöker och Gale-kratern som Curiosity utforskar.
För lerskiffern från Gale är situationen svårare, eftersom Curiosity inte samlar prover i behållare för senare avhämtning. De data vi har kommer enbart från analyser på plats. Trots det kommer resultaten från den nya modelleringen att ha stor betydelse vid valet av framtida borrplatser och eventuell provtagning för transport till jorden.
Vad betyder egentligen "biosignatur" och varför är den så svår att bekräfta
En biosignatur är en signal som under normala omständigheter lättast förklaras av närvaron eller aktiviteten hos organismer. Det behöver inte handla om ett fossiliserat bakterium synligt under mikroskop. Ofta rör det sig om karakteristiska isotopförhållanden, specifika molekyler eller stabila kemiska mönster.
Problemet är att kemin i rymden kan vara kreativ. Rent geologiska eller fysikaliska processer kan skapa system som vid första anblicken ser "alltför livslika" ut. Därför försöker forskarna vara ytterst noggranna – innan de använder ordet "liv" måste de utesluta alla kända abiotiska processer.
Stenen från Gale-kratern är en stark kandidat till biosignatur, eftersom de abiotiska scenarierna faller bort ett efter ett. Ändå betonar forskarna att ytterligare teoretiskt och laboratoriebaserat arbete är nödvändigt. De utesluter inte att det finns en ännu okänd geokemisk mekanism som skulle kunna mätta lerskiffern med så höga halter av organiskt kol utan inblandning av liv.
Vad händer härnäst i sökandet efter spår av liv på Mars
De nya resultaten stärker argumentet att framtida uppdrag bör nå djupare under planetens yta. Där har strålningen mindre påverkan, vilket ger känsliga molekyler bättre chanser att överleva i ett mindre skadat tillstånd. Den europeiska ExoMars-rovern, som fortfarande väntar på sin lansering, är konstruerad för att borra till ett djup av upp till cirka två meter – det kan dramatiskt förändra bilden av marsiansk organisk kemi.
Om liknande eller ännu större mängder organiska föreningar hittas i djupare lager, och modellerna återigen inte pekar på någon övertygande abiotisk väg, kommer trycket mot en biologisk tolkning av data att öka markant. Om sådana signaler däremot saknas på större djup tvingas forskarna ompröva Gale-kraterns historia och hela det forntida Mars klimat.
För en vanlig läsare kan den här diskussionen låta abstrakt, men den har en mycket konkret innebörd: svaret på frågan om liv är något vanligt förekommande i universum, eller snarare ett sällsynt undantag. Mars, som jordens granne med ett välbevarat avtryck av solsystemets tidiga historia, förblir ett av de bästa testfälten för sådana undersökningar.
Om sedimenten i den forntida sjön från miljarder år sedan verkligen bär spår av levande varelser, betyder det att liv kan uppstå överallt där vatten, energi och rätt grundämnen finns tillgängliga under tillräckligt lång tid. Om däremot även så organikrika stenar fullt ut kan förklaras utan biologi, blir visionen om ett universum fullt av organismer betydligt mindre självklar. Mars ställer forskarna inför en svår fråga som ännu inte kan besvaras i en enda mening.
