Миллиарды лет назад Марс был совсем не тем холодным и пустынным миром, который мы знаем сегодня. Ученые полагают, что в те далекие времена Красная планета была теплой, влажной и обладала плотной атмосферой. В таких условиях вполне могла зародиться жизнь — пусть даже на уровне простейших микроорганизмов. Но как доказать, что она действительно существовала?
Марсоходы НАСА уже находили в марсианских породах органические молекулы, однако ни одна из них не может быть однозначно признана продуктом жизнедеятельности. Теперь к поискам готовится новый участник — европейский марсоход «Розалинд Франклин», который должен начать работу на Марсе в 2030-х годах. Его главная специализация — обнаружение органических молекул. Но как отличить те из них, что когда-то входили в состав живого организма, от тех, что образовались в ходе обычных химических реакций без участия жизни?
Исследователи из Института исследований Солнечной системы имени Макса Планка (MPS), Гёттингенского университета и Университета Лазурного берега во Франции провели серию экспериментов, чтобы проверить, сможет ли прибор, установленный на марсоходе, справиться с этой задачей. В центре их внимания оказались два особых углеводорода — пристан и фитан. На Земле эти вещества хорошо известны как компоненты нефти. Они образуются из живых организмов и отличаются удивительной химической стабильностью, сохраняясь в породах на протяжении миллионов лет. Именно эти качества делают их идеальными кандидатами на роль «биосигнатур» — молекулярных свидетелей древней жизни.
«Если на Марсе когда-то существовала жизнь, то такие молекулы, как пристан и фитан, представляют собой важные биосигнатуры, которые могли сохраниться до наших дней», — объясняет ведущий автор исследования Гийом Лесеньёр из MPS.
Однако есть одна тонкость. Пристан и фитан, как и многие другие органические соединения, обладают свойством хиральности. Проще говоря, они могут существовать в двух зеркальных формах, которые химики называют энантиомерами. Эти формы выглядят как левая и правая рука: они одинаковы по составу, но пространственно несовместимы друг с другом. В живой природе, по крайней мере на Земле, хиральные молекулы почти всегда встречаются только в одной из двух зеркальных конфигураций. Это прямое следствие самовоспроизведения жизни. Если же молекулы имеют небиологическое происхождение, то обе их зеркальные формы присутствуют в равных количествах.
«Хиральность — ценный инструмент в поисках внеземной жизни в прошлом», — подчеркивает соавтор исследования Уве Майерхенрих из Университета Лазурного берега.
Именно этот принцип и положен в основу работы прибора MOMA — анализатора органических молекул на Марсе. Он объединяет газовый хроматограф, масс-спектрометр, небольшие печи и лазер. Прибор нагревает образцы марсианской породы, превращая их в газовую смесь, которая затем пропускается через специальные капиллярные трубки. Внутренние стенки трубок покрыты веществом, которое по-разному взаимодействует с разными зеркальными формами молекул. Благодаря этому энантиомеры разделяются во времени, и прибор может определить, в какой пропорции они присутствуют в образце.
До недавнего времени считалось, что разделить пристан и фитан на зеркальные формы — задача почти невыполнимая из-за их крайне низкой реакционной способности. Однако команде исследователей впервые удалось добиться этого, используя точные копии трубок MOMA. «Хиральное разделение пристана и фитана требует высокой чувствительности прибора и точности измерений, и мы показали, что MOMA может обеспечить и то, и другое», — поясняет соавтор работы Фатма Йешил Сахан из MPS.
Для проверки возможностей прибора ученым нужен был материал, который имитировал бы марсианскую породу. В качестве такого «заменителя» они использовали образцы знаменитого метеорита Мурчисон, упавшего в Австралии в 1969 году. Этот камень содержит огромное количество органических молекул разного происхождения: часть из них является его исконным составом, а часть попала в него уже на Земле в результате биологического загрязнения. Исследователи предполагали, что пристан и фитан в метеорите относятся именно к земным загрязнителям.
Каково же было их удивление, когда измерения показали: метеорит Мурчисон содержит все хиральные варианты пристана и фитана в равных пропорциях. Это совершенно не похоже на то, что можно было бы ожидать от биологической материи. Ученые пришли к выводу, что загрязнение произошло не на месте падения, а еще в атмосфере — во время полета метеорита сквозь воздушные слои, насыщенные аэрозолями от сжигания ископаемого топлива. Другими словами, метеорит впитал в себя «нефтяной дух» современной цивилизации.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, исследователи провели сравнительный анализ с образцами нефтяных сланцев — осадочных пород, которые являются предшественниками нефти. «Нефть образуется в этих породах на протяжении миллионов лет на больших глубинах под воздействием тепла и давления, — объясняет соавтор Мануэль Райнхардт из Гёттингенского университета. — В таких условиях хиральный дисбаланс нарушается». Это правдоподобно объясняет, почему в метеорите все зеркальные формы оказались в равных долях.
Таким образом, исследование принесло сразу два важных результата. Во-первых, оно подтвердило, что прибор MOMA действительно способен различать хиральные формы даже таких стабильных молекул, как пристан и фитан. Это значит, что у марсохода «Розалинд Франклин» есть реальный шанс найти биосигнатуры на Марсе. Во-вторых, работа подняла новые вопросы о происхождении органики в метеоритах и о масштабах загрязнения атмосферы Земли продуктами сгорания ископаемого топлива. А значит, поиски жизни на других планетах помогают нам лучше понять и свою собственную планету.
Итоги работы ученых опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Метеорит «Мерчисон». Фото: MPS / Т. Клавунн
