Ett marsmysterium som inte låter sig förklaras
Ett bergprov på Mars visar en ovanligt hög halt av organiska föreningar. Enkla kemiska modeller utan inblandning av liv 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 internationellt forskarlag från NASA och flera forskningsinstitut dragit en obehaglig slutsats: vanliga geologiska och kosmiska processer kan inte förklara bergets sammansättning.
En ovanlig bergart 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 sina borrhål stötte rovern på en sedimentär bergart rik på organiska föreningar med upp till ungefär tolv kolatomer per molekyl. På Mars är det verkligt ovanligt.
På jorden är sådana ämnen ofta kopplade till biologisk aktivitet – exempelvis fragment av fettsyror och andra molekyler associerade med cellmembran eller nedbrytning av forntida organismer. På den röda planeten väcker det omedelbart en lockande tanke: kan detta vara ett spår av liv?
Curiosity hittade en mängd organiska föreningar i marsiansk lerskiffer som inte enkelt kan förklaras av typisk icke-biologisk kemi.
Problemet är att rovern har en begränsad uppsättning instrument. Den kan upptäcka och delvis karakterisera organiska molekyler, men kan inte avgöra om deras ursprung är biologiskt eller rent geokemiskt. Därför har en del av arbetet förflyttats från Mars till jordbaserade laboratorier.
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 precis under Mars yta. Forskarteamet förberedde bergprover liknande de från Gale-kratern, mättade 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 gör att kosmisk strålning och solstrålning tränger djupt ner i marken.
- Organiska föreningar är känsliga för sådan strålning – deras molekyler bryts sönder till enklare fragment eller förstörs helt.
- Curiosity borrar på ett djup av några centimeter, alltså i det skikt där strålningsnedbrytningen är som starkast.
Forskarna undersökte hur mycket organiskt material som "överlever" ett sådant simulerat bombardemang motsvarande ungefär 80 miljoner år. Resultaten jämfördes sedan med roverens faktiska mätningar.
Slutsatsen från modellerna: det måste ha funnits mycket mer tidigare
Beräkningarna visade att den nuvarande halten organiska föreningar i den undersökta lerskiffern kräver en ursprungligen mycket hög koncentration. Med andra ord – innan strålningen under tiotals miljoner år "malat ned" bergarten måste samma plats ha innehållit en storleksordning mer organiskt kol.
Om Curiosity i dag ser en så hög halt av organiska molekyler, har de genomgått långvarig nedbrytning och trots det finns det förvånansvärt många kvar.
Det är just detta tal som har blivit startpunkten för debatten om molekylernas ursprung.
Varför enkel kemi inte räcker till
Teamet analyserade flera potentiella källor till organiskt material på Mars och utgick uteslutande från icke-biologiska processer – alltså helt utan inblandning av något liv.
Scenario 1: ett "regn" från rymden
Den första möjligheten är kosmiskt stoft och meteoriter. Vi vet att mikrometeorider rika på organiskt kol ständigt faller ned på jorden. Mars samlar också upp dem. Forskarna beräknade hur många sådana molekyler som under Gale-kraterns livstid kan ha byggts in i ytan.
Problemet: även med ett generöst antagande om meteorregn stämde resultaten inte med Curiositys mätningar. Modellerna gav alltid för låga halter organiska föreningar jämfört med den verkliga bergarten.
Scenario 2: en tidig tät atmosfär och jordliknande kemi
Det andra spåret antog att Mars för miljarder år sedan hade en mycket tätare atmosfär, rikare på gaser från vilka enkla organiska molekyler kunde bildas – ungefär som i klassiska laboratorieexperiment som visar uppkomsten av den "första kemiska soppan". Förhållandet mellan metan och koldioxid är centralt här.
Modellerna visar dock att förhållandet mellan dessa gaser på det unga Mars troligen inte gynnade produktion av stora mängder organiska föreningar i atmosfären som sedan skulle falla ned i den forntida sjön i Gale-kratern. Återigen nådde siffrorna inte upp till roverens uppmätta nivåer.
Scenario 3: planetens djupa inre
En annan hypotes handlade om organiska föreningar som bildats djupt inne i Mars mantel. Sådana molekyler skulle kunna ha förts upp till ytan vid kraftiga meteoritnedslag eller genom forntida vulkaniska processer. I så fall borde dock bergarterna uppvisa en tydligt annorlunda mineralogi.
Analysen av prover från Gale-kratern tyder på att den undersökta bergarten mer liknar sediment från en forntida sjö än material utkastat från planetens djup. Om de viktigaste föreningarna hade bildats i manteln och slungats ut vid en kollision skulle lerskifferns sammansättning se annorlunda ut. Även detta scenario faller alltså.
Oavsett vilket icke-biologiskt ursprungsscenario som antas – från rymden, från en tidig atmosfär eller från planetens inre – når modellerna inte upp till den mängd organiskt material som Curiosity faktiskt observerar.
Är detta redan ett bevis på forntida liv på Mars?
Här uppstår en lockande tanke: om alla realistiska abiotiska scenarier slår fel, kanske vi faktiskt ser ett kemiskt spår av organismer som en gång levde i Gale-sjön? Forskarna är dock mycket försiktiga. De påpekar att avsaknaden av en god icke-biologisk förklaring 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 det analysomfång som är möjligt på planetens yta kan inte mäta sig med vad som går att göra i stora analytiska forskningscentrum.
Varför Mars Sample Return-uppdraget är så avgörande
Därför väcker det planerade Mars Sample Return-uppdraget, som förbereds gemensamt av NASA och Europeiska rymdorganisationen, så stort engagemang i forskarvärlden. Huvudmålet är att hämta hem hermetiskt förslutna bergprover som rovern Perseverance just nu samlar in och lägger undan i en annan del av planeten.
Om sådana prover kan levereras till jordbaserade laboratorier kan forskarna:
- 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 biologisk inblandning,
- kontrollera om det finns bevarade mikroskopiska strukturer som liknar mikroorganismer eller biofilmer i bergproven,
- jämföra olika platser på Mars med varandra – exempelvis 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 hämtning. De data vi har kommer uteslutande från analyser på plats. Trots det kommer resultaten från den nya modelleringen att ha stor betydelse för valet av framtida borrplatser och eventuell provhämtning för transport till jorden.
Vad är egentligen en "biosignatur" och varför är den så svår att bekräfta
En biosignatur är en signal som under normala omständigheter enklast förklaras av närvaron eller aktiviteten hos organismer. Det behöver inte nödvändigtvis vara en förstenad bakterie synlig under mikroskop. Det handlar ofta om karakteristiska isotopförhållanden, specifika molekyler eller beständiga kemiska mönster.
Problemet är att kemin i rymden kan vara kreativ. Rent geologiska eller fysikaliska processer kan ibland skapa arrangemang som vid första anblicken ser "alltför biologiska" ut. Därför strävar forskarna efter att vara mycket strikta – innan de använder ordet "liv" måste de utesluta alla kända icke-biologiska processer.
Bergprovet 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 experimentellt arbete krävs. De utesluter inte att det finns en ännu okänd geokemisk mekanism som kan mätta lerskiffern med en så hög mängd organiskt kol utan biologisk inblandning.
Vad händer härnäst i sökandet efter liv på Mars
De nya resultaten stärker argumentet för att framtida uppdrag bör nå djupare under planetytan. Där har strålningen mindre påverkan, vilket ger känsliga molekyler större chans att överleva i ett mindre nedbrutet tillstånd. Den europeiska rovern ExoMars, som fortfarande väntar på sin avfärd, är konstruerad för att borra upp till ungefär två meters djup – det kan dramatiskt förändra bilden av marsiansk organisk kemi.
Om liknande eller ännu större mängder organiska föreningar hittas på större djup, och modellerna återigen inte pekar mot någon övertygande abiotisk väg, kommer trycket för en biologisk tolkning av data att öka markant. Å andra sidan kommer avsaknaden av sådana signaler på större djup att tvinga forskarna att tänka om kring Gale-kraterns historia och det forna Mars klimat.
För en vanlig läsare kan denna diskussion låta abstrakt, men den har en mycket jordnära betydelse: svaret på frågan om liv är något vanligt förekommande i universum eller snarare ett sällsynt undantag. Mars, som granne till jorden med ett välbevarat arkiv av solsystemets tidiga historia, förblir ett av de bästa testfälten för sådana studier.
Om sedimenten från en forntida sjö för miljarder år sedan verkligen bär spår av levande varelser innebär det att liv kan uppstå överallt där vatten, energi och rätt grundämnen finns tillgängliga under tillräckligt lång tid. Om däremot även bergarter så rika på organiska föreningar kan förklaras fullt ut utan biologi, blir visionen om ett universum fyllt av organismer mindre självklar. Mars ställer därmed forskarna inför en svår fråga som tills vidare inte kan besvaras i en enda mening.
