Відкриття хімії на Марсі натякає на походження життя на Землі

Трохи більше десяти років тому робот-марсохід на Марсі нарешті знайшов відповідь на актуальне запитання. Тепер ясно, що на червоній планеті справді є органічний матеріал, похований в осадових відкладеннях її древніх озер. Відтоді ми продовжуємо знаходити органічні молекули на Марсі, розподілені таким чином, що свідчить про те, що хімія вуглецю широко поширена в нашому маленькому іржавому сусіді.

Це не означає, що ми знайшли ознаки інопланетного життя. Далеко від цього; існує багато небіологічних процесів, які можуть утворювати органічні молекули. Але те, звідки взявся цей матеріал, викликало певну загадку.

Тепер команда дослідників на чолі з планетологом Юічіро Уено з Токійського технологічного інституту виявила докази його походження в атмосфері, де вуглекислий газ, залитий ультрафіолетовим сонячним світлом, реагував, утворюючи туман із молекул вуглецю, який випав на поверхню планети.

Хоча це не так захоплююче, як марсіанська біологія, відкриття може допомогти нам зрозуміти, як інгредієнти для життя опинились саме тут, на нашій рідній планеті Земля, мільярди років тому.

«Такі складні молекули на основі вуглецю є передумовою життя, можна сказати, будівельними блоками життя», — каже хімік Метью Джонсон з Копенгагенського університету.

«Отже, це трохи схоже на старі дебати про те, що було першим — курка чи яйце. Ми показуємо, що органічний матеріал, знайдений на Марсі, утворився в результаті фотохімічних реакцій в атмосфері — тобто без життя. Це «яйце», що є необхідною умовою життя, ще належить показати, чи привів цей органічний матеріал до життя на червоній планеті».

Думка про те, що фотоліз — процес, за якого молекули розбиваються на частини під дією світла — відіграє певну роль в органічній хімії на поверхні Марса, вже деякий час була актуальною. Джонсон і двоє його колег опублікували статтю про цю гіпотезу у 2013 році, засновану на моделюванні, а інші згодом провели подальше дослідження.

Однак нам потрібні вагомі докази з Марса, які відповідають результатам моделювання.

При фотолізі СО₂ утворюються оксид вуглецю та атоми кисню. Але є два ізотопи, або маси, стабільного вуглецю. Найпоширенішим є вуглець-12, який містить шість протонів і шість нейтронів. Наступним за вагою є вуглець-13, який містить шість протонів і сім нейтронів.

Фотоліз працює швидше на більш легкому ізотопі. Отже, коли ультрафіолетове світло фотолітично розщеплює суміш вуглекислого газу C-12 і C-13 в атмосфері, молекули, що містять C-12, виснажуються швидше, залишаючи помітний «надлишок» вуглекислого газу C-13.

Це збагачення вуглецю-13 в атмосфері вже було виявлено кілька років тому. Дослідники проаналізували метеорит, який прилетів з Марса і приземлився в Антарктиді, містив карбонатні мінерали, які утворилися з CO2 в атмосфері Марса.

«Сама головна причина полягає в тому, що співвідношення ізотопів вуглецю в ньому точно відповідає нашим прогнозам у квантово-хімічному моделюванні, але в головоломці бракувало шматка», — пояснює Джонсон. «Нам не вистачало іншого продукту цього хімічного процесу, щоб підтвердити теорію, і ось що ми зараз отримали».

Цю відсутню частину пазла знайшли в даних, отриманих марсоходом Curiosity в кратері Гейл. У зразках карбонатних мінералів, знайдених на землі Марса, є виснаження вуглецю-13, яке ідеально відображає збагачення вуглецем-13, виявлене в марсіанському метеориті.

«Немає іншого способу пояснити як виснаження вуглецю-13 в органічному матеріалі, так і збагачення в марсіанському метеориті, обидва відносно складу вулканічного CO_2, що виділяється на Марсі, який має постійний склад, подібний до складу вулканів Землі. і служить базовою лінією», — каже Джонсон.

Це переконливий доказ того, що вуглецевий органічний матеріал, знайдений Curiosity, утворився з чадного газу, який утворюється в результаті фотолізу, кажуть дослідники. І це дає нам підказку про походження органічного матеріалу на Землі. Мільярди років тому, коли Сонячна система була ще немовлям, Земля, Венера та Марс мали дуже схожі атмосфери, що свідчить про те, що той самий процес, ймовірно, відбувався тут, на нашій рідній планеті.

Три планети відтоді еволюціонували дуже різними шляхами, і Марс і Венера здаються досить негостинними для життя, яким ми його знаємо у своїх власних ідіосинкратичних способах. Але іржаве пустельне середовище Марса тепер дало нам підказку про наше власне походження.

«Ми ще не знайшли цей матеріал «димяться рушниці» тут, на Землі, щоб довести, що процес мав місце. Можливо, тому, що поверхня Землі набагато більш жива, геологічно та буквально, і тому постійно змінюється», – каже Джонсон.

«Але це великий крок, що ми знайшли його на Марсі з часів, коли дві планети були дуже схожі». Висновки команди були опубліковані в Nature Geoscience.