Наука и технологии

Хотя невозможно подтвердить источник обнаруженных молекул, их обнаружение воодушевляет научную команду Curiosity по нескольким причинам.

Ранее учёные с помощью Curiosity обнаружили на Марсе небольшие простые органические молекулы, но обнаружение этих более крупных соединений стало первым доказательством того, что органическая химия достигла уровня сложности, необходимого для зарождения жизни на Марсе.

На изображении показан марсоход с роботизированной рукой и различными инструментами, видимыми на каменистой красновато-коричневой поверхности. На заднем плане — бесплодный ландшафт с разбросанными камнями и холмами под туманным небом. Слева на изображении наложена полупрозрачная панель с заголовком «Крупные органические соединения на Марсе», написанным жирным чёрным шрифтом. Под заголовком показаны три молекулярные цепи, состоящие из чёрных сфер, представляющих атомы углерода, и белых сфер, представляющих атомы водорода. Надписи указывают на «углерод» как на чёрные сферы и на «водород» как на белые сферы. На фоне панели появляется слабое круглое размытие.

На этом рисунке показаны органические молекулы с длинной цепью декан, ундекан и додекан. Это самые крупные органические молекулы, обнаруженные на Марсе на сегодняшний день. Они были обнаружены в пробуренном образце породы под названием “Камберленд”, который был проанализирован в лаборатории анализа образцов Mars lab в брюхе марсохода Curiosity НАСА. Марсоход, селфи которого находится в правой части изображения, исследует кратер Гейл с 2012 г. На фоне молекулярных цепочек едва различимо изображение скважины Камберленд.

Новое исследование также повышает вероятность того, что крупные органические молекулы, которые могут образовываться только в присутствии жизни и известны как «биосигнатуры», могут сохраниться на Марсе, что развеивает опасения, что такие соединения разрушаются после десятков миллионов лет воздействия интенсивной радиации и окисления.

По словам учёных, это открытие открывает перспективы для планов по доставке образцов с Марса на Землю для их анализа с помощью самых современных инструментов, доступных здесь.

«Наше исследование доказывает, что даже сегодня, анализируя образцы с Марса, мы могли бы обнаружить химические следы прошлой жизни, если она когда-либо существовала на Марсе», — сказала Каролин Фрейсине, ведущий автор исследования и научный сотрудник Французского национального центра научных исследований в Лаборатории атмосферы и космических наблюдений в Гианкуре, Франция.

В 2015 г. Фрейссине возглавил команду, которая впервые убедительно идентифицировала марсианские органические молекулы в том же образце, который использовался в текущем исследовании. Образец под названием «Камберленд» неоднократно анализировался с помощью SAM с использованием различных методов.

Марсоход «Кьюриосити» НАСА пробурил скалу «Камберленд» в 279-й марсианский день, или сол, работы марсохода на Марсе (19 мая 2013 г.) и собрал порошкообразный образец материала из недр скалы. С помощью камеры Mars Hand Lens Imager (MAHLI), установленной на манипуляторе марсохода, «Кьюриосити» сделал этот снимок отверстия в Камберленде в тот же день, когда оно было просверлено. Диаметр отверстия составляет около 0,6 дюйма (1,6 см). Глубина отверстия составляет около 2,6 дюйма (6,6 см).

В мае 2013 г. марсоход «Кьюриосити» пробурил образец «Камберленд» в районе «Йеллоунайф-Бей» в кратере Гейл на Марсе. Ученые были настолько заинтригованы «Йеллоунайф-Бей», которая выглядела как дно древнего озера, что отправили туда марсоход, прежде чем направиться в противоположную сторону к своей основной цели — горе Шарп, которая возвышается над дном кратера.

Обход стоил того: оказалось, что Камберленд изобилует интригующими химическими подсказками о 3,7-миллиардном прошлом кратера Гейл. Ранее учёные обнаружили, что образец богат глинистыми минералами, которые образуются в воде. В нём много серы, которая может способствовать сохранению органических молекул. В Камберленде также много нитратов, которые на Земле необходимы для здоровья растений и животных, и метана, образующегося из углерода, который на Земле связан с биологическими процессами.

Пожалуй, самое важное, что учёные установили: в заливе Йеллоунайф действительно находилось древнее озеро, в котором могли концентрироваться органические молекулы и сохраняться в мелкозернистых осадочных породах, называемых аргиллитами.

«Есть свидетельства того, что жидкая вода существовала в кратере Гейл в течение миллионов лет и, вероятно, гораздо дольше, а это значит, что в этих условиях в кратере-озере на Марсе было достаточно времени для химических процессов, необходимых для зарождения жизни», — сказал Дэниел Глэйвин, старший научный сотрудник по возвращению образцов в Центр космических полётов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и соавтор исследования.

Недавнее открытие органических соединений стало побочным эффектом не связанного с этим эксперимента по поиску в Камберленде признаков аминокислот, которые являются строительными блоками белков. После двукратного нагревания образца в печи SAM и последующего измерения массы высвободившихся молекул команда не обнаружила признаков аминокислот. Но они заметили, что образец высвободил небольшое количество декана, ундеканона и додекана.

Поскольку эти соединения могли отделиться от более крупных молекул во время нагревания, учёные пошли от обратного, чтобы выяснить, из каких структур они могли образоваться. Они предположили, что эти молекулы были остатками жирных кислот: ундекановой, додекановой и тридекановой соответственно.

Ученые проверили свое предположение в лаборатории, смешав ундекановую кислоту с глиной, похожей на марсианскую, и проведя эксперимент, похожий на SAM. После нагревания ундекановая кислота, как и предполагалось, выделила декан. Затем исследователи обратились к экспериментам, уже опубликованным другими учеными, чтобы показать, что ундекан мог отделиться от додекановой кислоты, а додекан – от тридекановой кислоты.

Авторы обнаружили в своём исследовании ещё одну интригующую деталь, связанную с количеством атомов углерода, из которых состоят предполагаемые жирные кислоты в образце. Основой каждой жирной кислоты является длинная прямая цепь из 11-13 атомов углерода, в зависимости от молекулы. Примечательно, что в результате небиологических процессов обычно образуются более короткие жирные кислоты, содержащие менее 12 атомов углерода.

По словам учёных, возможно, что в образце из Камберленда содержатся жирные кислоты с более длинными цепями, но SAM не предназначен для обнаружения более длинных цепочек.

По словам учёных, в конечном счёте существует предел того, что они могут узнать с помощью инструментов для поиска молекул, которые можно отправить на Марс. «Мы готовы сделать следующий большой шаг и привезти образцы с Марса в наши лаборатории, чтобы разрешить спор о жизни на Марсе», — сказал Глэйвин.

Это исследование финансировалось Программой исследования Марса НАСА. Миссией научной лаборатории Curiosity на Марсе руководит Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии; JPL управляется Калифорнийским технологическим институтом для НАСА. SAM (Sample Analysis at Mars) был построен и протестирован в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. CNES (Французское космическое агентство) профинансировало и предоставило подсистему газового хроматографа на SAM. Чарльз Малеспин – главный исследователь СЭМА.