На Марсе обнаружены органические молекулы беспрецедентного размера

Марсоход Curiosity от NASA обнаружил то, что может быть химическим реликтом давней жизни на Марсе: длинноцепочечные органические молекулы. Обнаруженные после кропотливого повторного анализа данных по образцу, пробуренному в озере, которое высохло миллиарды лет назад, молекулы, вероятно, произошли от жирных кислот, обычного строительного блока клеточных мембран на Земле. Открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, не является точным обнаружением прошлой жизни; жирные кислоты могли также образоваться без жизни. Но это еще один из серии заманчивых намеков.

«Это потрясающий результат», — говорит Моника Грейди, планетолог из Открытого университета, которая не принимала участия в новом исследовании. Если это «продукты распада карбоновых кислот, то мы действительно видим что-то очень интересное». Это также предполагает, что преемник Curiosity, Perseverance, найдет похожие молекулы, говорит Джек Мастард, планетолог из Университета Брауна. Perseverance собирает образцы для амбициозной попытки вернуть марсианские камни в лаборатории на Земле, где ученые смогут сделать более определенные выводы о происхождении молекул.

С момента посадки в 2012 году Curiosity прошёл более 21 километра в кратере Гейла и по склонам горы Эолис, также известной как гора Шарп, 5000-метровой горы в центре кратера. Ранее марсоход показал, что озеро с пригодными для жизни условиями существовало в Гейле более 3 миллиардов лет назад. С тех пор он обнаружил другие потенциальные признаки жизни: вязкие органические макромолекулы, которые, похоже, напоминают кероген, исходный материал нефти, и обогащение «лёгким» изотопом углерода, которое на Земле является признаком жизни. «Гора Шарп продолжает давать, а марсоход продолжает двигаться», — говорит Эшвин Васавада, научный сотрудник проекта Curiosity в Лаборатории реактивного движения NASA.

Последний результат получен из образца аргиллита под названием Камберленд, который марсоход пробурил в 2013 году, менее чем через год после начала своего путешествия, а затем проанализировал в своей бортовой химической лаборатории, инструменте анализа образцов на Марсе (SAM). В 2015 году научная группа сообщила о предварительных признаках длинноцепочечной органики в этом образце. Но этот результат провалился, поскольку они не смогли идентифицировать молекулы и исключить возможность того, что они могут быть загрязнителями с Земли. «Это был долгий путь к этому моменту», — говорит Дэниел Главин, астробиолог из Центра космических полетов имени Годдарда в НАСА и соавтор новой статьи. «Это действительно поиск иголки в стоге сена».

Curiosity анализирует образцы горных пород, сверля их до щебня, который затем переливается в кварцевые чашки внутри SAM. Чашки обжигаются при температуре до 1100°C, а полученные газы идентифицируются с помощью газового хроматографа-масс-спектрометра. Но SAM не равноценен наземной лаборатории.

«Данные SAM — это беспорядок», — говорит Каролин Фрейссинет, которая руководила новым исследованием и теперь является планетологом во Французской лаборатории атмосфер, наблюдений и космоса. Чтобы разобраться в этом, исследователи проводят эксперименты с близнецом инструмента, размещенным на Земле в марсианских условиях.

В 2016 году поиск сложных органических молекул в сохраненной партии камберлендского аргиллита снова, казалось, не увенчался успехом. Но несколько лет спустя Фрейссинет вернулась к результатам эксперимента 2016 года. На этот раз, с дополнительными тестами от близнеца СЭМ, которые направляли ее, она заметила три всплеска, которые она и ее коллеги пропустили ранее. Через несколько месяцев она поняла, что всплески указывают на три разновидности алканов, органических молекул, которые связывают углерод и водород в линию: декан, ундекан и додекан, которые имеют 10, 11 и 12 атомов углерода соответственно. Их было не так уж много, но они были там, в частях на миллиард.

Алканы сами по себе не особенно долговечны, и команда SAM подозревала, что до запекания алканы имели диоксид углерода, присоединенный к одному концу, что делало их карбоновыми кислотами — или жирными кислотами, как их обычно называют. Используя близнеца SAM, они смешали небольшое количество длинноцепочечной карбоновой кислоты с богатой глиной почвой, которая должна была имитировать Камберленд, и запекли ее. Конечно же, алканы были получены — так же, как это наблюдается на Марсе — с цветением диоксида углерода в то же время.

Еще больше работы потребовалось, чтобы исключить другие источники алканов. С тех пор как Curiosity приземлился, SAM страдал от утечки растворителя из одного из флаконов, которые он использовал в отдельных экспериментах для извлечения органики из марсианской грязи. Тем не менее, алканы не были получены, когда команда повторила эксперимент с пустой чашкой в Curiosity, и ничего не было обнаружено, когда Curiosity бурил на другом участке с похожими характеристиками, называемом Рок-Холл. Оба теста, казалось, исключили случайный растворитель как источник. Команда также исключила загрязнение от смазки, используемой в сверле.

В конце концов они убедили себя, что вылезли из марсианского стога сена с настоящей находкой. «В этом нет никаких сомнений», — говорит Главин. «У нас есть три иголки».

Теперь вопрос в том, как эти три алкана туда попали. Ферменты, которые строят жирные кислоты на Земле, делают это по два атома углерода за раз, что означает преобладание молекул с четным числом атомов, что указывает на живое происхождение. Только один из трех алканов, обнаруженных SAM, ундекан, мог бы произойти от жирной кислоты с четным числом атомов, и он лишь немного более распространен, чем другие. «Как бы это ни было удивительно, вы не можете точно сказать, являются ли они биологическими продуктами», — говорит Крис Херд, геолог из Университета Альберты, который не принимал участия в новом исследовании.

Метеориты несут грузы жирных кислот, которые происходят не от жизни, а от химических реакций в ранней Солнечной системе, и они могли легко залить поверхность жирными кислотами в начале марсианской истории, говорит Ева Шеллер, планетолог из Массачусетского технологического института. Или кислоты могли развиться на Марсе из керогеноподобных частиц, которые обнаружил Curiosity, — которые сами по себе могли иметь абиотическое происхождение.

Хотя многие исследователи полагают, что происхождение этих молекул не будет решено, пока образцы не будут проанализированы на Земле, Фрейссинет не так уверена. Камберленд был настолько захватывающей ранней находкой, что команда собрала два «собачьих мешка» с ним для последующего анализа. Они использовали первый в своем первоначальном исследовании, но второй остался нетронутым. Команда SAM сейчас изучает, может ли ее бортовая лаборатория обнаружить более широкий диапазон алканов, возможно, вплоть до длины в шесть атомов углерода. Если это так, говорит она, «мы сможем найти реальную тенденцию четного и нечетного углерода».

Но у них есть только одна попытка. Пока ни одно место для бурения Curiosity не было столь многообещающим, как Камберленд, и у марсохода, чей запас энергии истощается после 13 лет на Марсе, нет никаких шансов вернуться туда сейчас. «Этот последний образец», — говорит Фрейссинет, — «должен быть идеальным».