I løbet af de sidste par årtier har vores igangværende undersøgelser af Mars afsløret nogle meget fascinerende ting om planeten. I 1960'erne og begyndelsen af 70'erne Mariner sonder afslørede, at Mars var en tør, frigid planet, der sandsynligvis var blottet for liv. Men når vores forståelse af planeten er uddybet, er det blevet kendt, at Mars engang havde et varmere, vådere miljø, der kunne have understøttet livet.
Dette har igen inspireret flere missioner, hvis formål det har været at finde bevis for dette tidligere liv. De vigtigste spørgsmål i denne søgning er dog, hvor man skal kigge efter, og hvad man skal kigge efter? I en ny undersøgelse ledet af forskere fra University of Kansas anbefalede et team af internationale forskere, at fremtidige missioner skulle lede efter vanadium. Dette sjældne element, hævder de, kunne pege vejen mod fossiliseret bevis på liv.
Deres undersøgelse med titlen "Imaging of Vanadium in Microfossils: A New Potential Biosignature", for nylig dukket op i det videnskabelige tidsskrift Astrobiology. Anført af Craig P. Marshall, lektor i geologi ved University of Kansas, inkluderede det internationale hold medlemmer fra Argonne National Laboratory, Geological Technical Services Division i Saudi Aramco, University of Liège og University of Sydney.
At være klar, at finde tegn på liv på en planet som Mars er ingen let opgave. Som Craig Marshall anførte i et University of Kansas pressemeddelelse:
”Du har fået dit arbejde udskåret, hvis du kigger på gammel sedimentær sten til mikrofossiler her på Jorden - og endnu mere på Mars. På Jorden har klipperne været her i 3,5 milliarder år, og tektoniske kollisioner og omjusteringer har lagt meget stress og pres på klipperne. Disse klipper kan også blive begravet, og temperaturen stiger med dybden. ”
I deres papir anbefaler Marshall og hans kolleger, at missioner som NASAs Mars 2020 rover, ESA'erne ExoMars 2020 rover og andre foreslåede overflademissioner kunne kombinere Raman-spektroskopi med søgningen efter vanadium for at finde bevis for fossiliseret liv. På Jorden er dette element fundet i råolier, asfalt og sorte skifer, der er dannet ved langsomt henfald af biologisk organisk materiale.
Derudover har paleontologer og astrobiologer anvendt Raman-spektroskopi - en teknik, der afslører de cellulære sammensætninger af prøver - på Mars i nogen tid for at søge efter tegn på liv. I denne henseende ville tilsætningen af vanadium give materiale, der ville fungere som en biosignatur for at bekræfte eksistensen af organisk liv i prøver, der undersøges. Som Marshall forklarede:
”Folk siger, 'Hvis det ser ud som livet og har et Raman-signal om kulstof, så har vi livet. Men selvfølgelig ved vi, at der kan være kulstofholdige materialer, der er fremstillet i andre processer - som i hydrotermiske ventilationsåbninger - i overensstemmelse med at ligne mikrofossiler, der også har noget carbon-signal. Folk fremstiller også vidunderlige kulstofstrukturer kunstigt, der ligner mikrofossiler - nøjagtigt det samme. Så vi er nu i et tidspunkt, hvor det virkelig er svært at se, om der kun er liv baseret på morfologi og Raman-spektroskopi. ”
Dette er ikke første gang, Marshall og hans medforfattere har forfægtet at bruge vanadium til at søge efter tegn på liv. Sådan var genstanden for en præsentation, de holdt på Astrobiology Science Conference i 2015. Derudover understreger Marshall og hans team, at det ville være muligt at udføre denne teknik ved hjælp af instrumenter, der allerede er en del af NASA's Mars 2020 mission.
Deres foreslåede metode involverer også ny teknik kendt som røntgenfluorescensmikroskopi, der ser på elementær sammensætning. For at teste denne teknik undersøgte teamet termisk ændrede organiske vægge mikrofossiler, der engang var organiske materialer) kaldet acritarchs). Fra deres data bekræftede de, at der findes spor af vanadium i mikrofossiler, der udiskutabelt var organiske.
”Vi testede akritarker for at lave et bevis-of-concept på en mikrofossil, hvor der ikke er nogen skygge af tvivl om, at vi ser på den bevarede antikke biologi,” sagde Marshall. ”Alderen på dette mikrofossil, vi tror er Devonian. Disse fyre er akvatiske mikroorganismer - de menes at være mikroalger, en eukaryot celle, mere avanceret end bakteriel. Vi fandt det vanadiumindhold, du kunne forvente, i cyanobakterielt materiale. ”
Disse mikrofossiliserede bit af liv, hævder de, er sandsynligvis ikke særlig forskellige fra den slags liv, der kunne have eksisteret på Mars for milliarder af år siden. Anden videnskabelig forskning har også indikeret, at vanadium er resultatet af organiske forbindelser (som klorofyll) fra levende organismer, der gennemgår en transformationsproces forårsaget af varme og tryk (dvs. diagenetisk ændring).
Med andre ord, efter at levende væsener dør og bliver begravet i sediment, dannes vanadium i deres rester som et resultat af at de er begravet under flere og flere stenarter - dvs. fossilisering. Eller, som Marshall forklarede det:
”Vanadium bliver kompleks i chlorophyllmolekylet. Chlorofyler har typisk magnesium i midten - under begravelse erstatter vanadium magnesium. Chlorofyllmolekylet vikles ind i det kulstofholdige materiale og bevarer således vanadiet. Det er som om du har et reb opbevaret i din garage, og inden du lægger det væk, pakker du det ind, så du kan løsne det næste gang du har brug for det. Men med tiden på garagegulvet bliver det sammenfiltret, ting går i klemme i det. Selv når du ryster hårdt på rebet, kommer tingene ikke ud. Det er et sammenfiltret rod. Tilsvarende, hvis du ser på kulstofholdigt materiale, er der et sammenfiltret rod med ark kulstof, og du har blandet vanadiet. ”
Arbejdet blev støttet af en ARC International Research Grant (IREX) - som sponsorerer forskning, der søger at finde biosignaturer til ekstracellulær liv - med yderligere støtte fra det australske Synchrotron og Advanced Photon Source på Argonne National Laboratory. Ser fremad, håber Marshall og hans kolleger at udføre yderligere forskning, der vil involvere anvendelse af Raman-spektroskopi til at studere kulstofholdige materialer.
På nuværende tidspunkt ser deres forskning ud til at have tiltrukket det europæiske rumfartsagenturs interessante. Howell Edwards, der også udfører forskning ved hjælp af Raman-spektroskopi (og hvem der er understøttet af et ARC-tilskud), er en del af ESAs Mars Explorer-team, hvor han er ansvarlig for instrumentering på ExoMars 2020 rover. Men som Marshall angav, håber teamet også, at NASA vil overveje deres undersøgelse:
”Forhåbentlig læser nogen på NASA papiret. Interessant nok var den videnskabsmand, der er den primære efterforsker for røntgenspektrometret for rumføleren, de kalder det PIXL, hans første kandidatstuderende fra Macquarie University, før hans KU-tider. Jeg tror, jeg sender e-mailen til hende og siger: 'Dette kan være af interesse.' ”
Det næste årti forventes at være et meget lykkebringende tidspunkt for efterforskningsmissioner til Mars. Flere rovere vil udforske overfladen i håb om at finde det undvigende bevis på liv. Disse missioner vil også hjælpe med at bane vejen for NASAs besætningsopgave til Mars i 2030'erne, som vil se astronauter lande på overfladen af den røde planet for første gang i historien.
Hvis disse missioner faktisk finder bevis på livet, vil det have en dyb virkning på al fremtidig mission til Mars. Det vil også have en uundværlig indflydelse på menneskehedens opfattelse af sig selv, ved endelig at vide, at for milliarder af år siden, liv ikke opstod på Jorden alene!
