Чуть больше десятилетия назад роботизированный марсоход на Марсе наконец-то нашел ответ на насущный вопрос. Теперь ясно, что на красной планете действительно есть органический материал, захороненный в осадке ее древних озерных лож.
С тех пор мы продолжали находить на Марсе органические молекулы, распределенные таким образом, что можно предположить, что углеродная химия широко распространена на территории нашего маленького ржавого соседа.
Это не значит, что мы нашли признаки инопланетной жизни. Совсем нет, существует множество небиологических процессов, которые могут производить органические молекулы. Но то, откуда именно взялся материал, представляет собой своего рода загадку.
Теперь группа исследователей под руководством планетолога Юитиро Уэно из Токийского технологического института обнаружила доказательства его происхождения в атмосфере, где углекислый газ, подвергавшийся воздействию ультрафиолетового солнечного света, вступал в реакцию с образованием тумана из молекул углерода, который выпадал на поверхность планеты. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Хотя это открытие не столь захватывающее, как марсианская биология, оно может помочь нам понять, как ингредиенты для жизни оказались здесь, на нашей родной планете Земля, миллиарды лет назад.
«Такие сложные молекулы на основе углерода являются предпосылкой жизни, можно сказать, строительными блоками жизни», — говорит химик Мэтью Джонсон из Копенгагенского университета. «Итак, это немного похоже на старый спор о том, что появилось раньше, курица или яйцо. Мы показываем, что органический материал, обнаруженный на Марсе, образовался в результате атмосферных фотохимических реакций — без жизни, то есть. Это «яйцо», предпосылка жизни. Еще предстоит показать, привел ли этот органический материал к возникновению жизни на Красной планете».
Идея о том, что фотолиз — процесс, при котором молекулы распадаются под действием света — играет роль в органической химии, обнаруженной на поверхности Марса, муссируется уже некоторое время. Джонсон и двое его коллег опубликовали статью об этой гипотезе в 2013 году, основанную на моделировании, а другие впоследствии провели дополнительные исследования.
Однако нам нужны веские доказательства с Марса, согласующиеся с результатами моделирования.
Фотолиз CO 2 производит оксид углерода и атомы кислорода. Но есть два изотопа, или массы, стабильного углерода. Наиболее распространенным является углерод-12, который содержит шесть протонов и шесть нейтронов. Следующим по тяжести является углерод-13, который содержит шесть протонов и семь нейтронов.
Фотолиз работает быстрее на более легком изотопе. Таким образом, когда ультрафиолетовый свет фотолитически расщепляет смесь углекислого газа C-12 и C-13 в атмосфере, молекулы, содержащие C-12, истощаются быстрее, оставляя заметный «избыток» углекислого газа C-13.
Это обогащение атмосферы углеродом-13 уже было обнаружено несколько лет назад. Исследователи проанализировали метеорит, прилетевший с Марса и упавший в Антарктиду, содержащий карбонатные минералы, которые образовались из CO2 в марсианской атмосфере.
«Главное, что здесь соотношение изотопов углерода в точности соответствует нашим прогнозам в квантово-химическом моделировании, но в головоломке не хватало одного элемента», — объясняет Джонсон. «Нам не хватало другого продукта этого химического процесса, чтобы подтвердить теорию, и вот что мы теперь получили».
Этот недостающий элемент пазла был найден в данных, полученных марсоходом Curiosity в кратере Гейла. В образцах карбонатных минералов, найденных на поверхности Марса, наблюдается обеднение углеродом-13, которое идеально отражает обогащение углеродом-13, обнаруженное в марсианском метеорите.
«Не существует другого способа объяснить как истощение углерода-13 в органическом материале, так и его обогащение в марсианском метеорите, учитывая, что оба эти фактора связаны с составом вулканического CO2, выбрасываемого на Марсе, который имеет постоянный состав, аналогичный составу вулканов Земли, и служит исходным уровнем», — говорит Джонсон.
Это весомое доказательство того, что углеродорганический материал, обнаруженный Curiosity, образовался из оксида углерода, полученного в результате фотолиза, говорят исследователи. И это дает нам подсказку о происхождении органического материала на Земле.
Миллиарды лет назад, когда Солнечная система была еще совсем маленькой, у Земли, Венеры и Марса были очень похожие атмосферы, что позволяет предположить, что на нашей родной планете, вероятно, происходил тот же процесс.
С тех пор три планеты развивались по совершенно разным путям, а Марс и Венера кажутся совершенно негостеприимными для жизни, какой мы ее знаем, в их собственных идиосинкразических способах. Но ржавая пустынная среда Марса теперь дала нам подсказку о нашем собственном происхождении.
«Мы пока не нашли на Земле неопровержимых доказательств того, что этот процесс имел место. Возможно, это связано с тем, что поверхность Земли гораздо более живая, геологически и буквально, и, следовательно, постоянно меняется», — говорит Джонсон. «Но то, что мы нашли его на Марсе, — это большой шаг вперед, учитывая, что в те времена эти две планеты были очень похожи».
