Håber at opdage sikre tegn på liv på Mars? Ny forskning siger, at se efter grundstoffet vanadium

Jagten på biologi på naboplaneten Mars vil ikke udspille sig som en Hollywood-film med små grønne mænd i hovedrollen. Hellere, mange videnskabsmænd er enige om, om der var liv på den røde planet, det vil sandsynligvis præsentere sig selv som forstenede bakterier. For at finde det, astrobiologer bliver sandsynligvis nødt til at afkode den kemiske analyse af stenprøver udført af en rover (som den NASA planlægger at sende til Mars i 2020). Først da kan menneskeheden endegyldigt vide, at der eksisterer liv hinsides Jorden.

Et nyt papir i journalen Astrobiologi foreslår, at NASA og andre på jagt efter bevis for Mars-biologi i form af "mikrofossiler" kunne bruge grundstoffet vanadium i kombination med Raman-spektroskopi på organisk materiale som biosignaturer for at bekræfte spor af udenjordisk liv.

"Du har fået dit arbejde ude, hvis du ser på ældgammel sedimentær sten for mikrofossiler her på Jorden - og endnu mere på Mars, " sagde Craig Marshall, avisens hovedforfatter og en lektor i geologi ved University of Kansas. "På jorden, klipperne har været her i 3,5 milliarder år, og tektoniske kollisioner og omlægninger har lagt meget stress og pres på klipperne. Også, disse sten kan blive begravet, og temperaturen stiger med dybden."

Marshall sammenligner en potentiel gammel Mars-mikroorganisme med et stykke bøf fra supermarkedet i en trykkoger.

"Du kan se en bøf ser biologisk ud - der drypper blod fra den, sagde han. Så du har lagt det i en trykkoger i meget lang tid, og du ender med trækul. Det kunne være abiotisk trækul, eller det kunne være lavet af varme og tryk på organiske materialer. En masse biologiske forbindelser bliver ødelagt og revet fra hinanden fra varme og tryk, og du står tilbage med kulstofrester. Vi kan se dette kulstof med Raman-spektroskopi."

Ja, i nogen tid har palæontologer og astrobiologer, der jager efter stumper af liv på Mars, gjort brug af Raman-spektroskopi, en teknik, der kan afsløre cellesammensætningen af ​​en prøve.

"Folk siger, 'Hvis det ligner liv og har et Raman-signal af kulstof, så har vi livet, " sagde Marshall. "Men, selvfølgelig, vi ved, at der kan være kulstofholdige materialer fremstillet i andre processer – som i hydrotermiske udluftninger – i overensstemmelse med at ligne mikrofossiler, der også har et eller andet kulstofsignal. Folk laver også vidunderlige kulstofstrukturer kunstigt, der ligner mikrofossiler - nøjagtigt det samme. Så, vi er ved et tidspunkt nu, hvor det er virkelig svært at sige, om der kun er liv baseret på morfologi og Raman-spektroskopi."

I det nye blad, Marshall og hans medforfattere tilbyder en vej mod jernbeklædt bekræftelse af, at mikrofossiler engang var i live. Ifølge forskerne, den foreslåede teknik kunne være mulig at udføre med instrumentering, der allerede er planlagt til NASA 2020-rovermissionen for at udforske områder på Mars, hvor det gamle miljø kunne have fostret mikrobielt liv.

Forskere inkluderede Alison Olcott Marshall ved KU, Jade Aitken og Peter Lay fra University of Sydney, Barry Lai fra Argonne National Laboratory, Pierre Breuer fra Saudi Arabian Oil Co. og Philippe Steemans fra University de Liege.

"Vi anvendte en ny teknik kaldet røntgenfluorescensmikroskopi - den ser på grundstofsammensætning, " sagde Marshall. "Vanadium er et grundstof i det periodiske system, et overgangsmetal. Det har vist sig, at det kan erstattes med biologiske forbindelser. Hvis du ikke entydigt kan tildele, om noget er biologi eller ej med morfologi og Raman-spektroskopi i tandem - måske kunne vi lede efter et kendt biologisk element, som vanadium. Derefter, hvis materialet, der lignede et mikrofossil, og så kulstofholdigt ud med Raman-spektroskopi - og havde vanadium - det er en ny vej frem til at finde ud af, om noget virkelig var biologi."

Ifølge forskerne, vanadium kan findes i råolie, asfalt og sort skifer, dannet fra anerkendte biologiske kilder.

"Vanadium bliver kompleks i klorofylmolekylet, " sagde Marshall. "Klorofyler har typisk magnesium i midten - under begravelse, vanadium erstatter magnesium. Klorofylmolekylet bliver viklet ind i det kulholdige materiale, dermed bevare vanadiumet. Det er ligesom hvis du har et reb gemt i din garage, og inden du lægger det væk, pakker du det ind, så du kan rive det ud, næste gang du skal bruge det. Men med tiden bliver det sammenfiltret på garagegulvet, ting bliver fanget i det. Selv når du ryster det reb hårdt, ting kommer ikke ud. Det er et sammenfiltret rod. Tilsvarende Hvis du ser på kulstofholdigt materiale, er der et sammenfiltret rod af kulstofplader, og du har vanadium blandet ind."

Marshall og hans kolleger beviste konceptet med at teste for vanadium på kendte mikrofossiler med anerkendt biologisk oprindelse på Jorden - organiske mikrofossiler kaldet acritarks, der måske ikke er langt fra den slags spor af liv, der muligvis findes på den røde planet.

"Vi testede akritarker for at lave et proof-of-concept på et mikrofossil, hvor der ikke er skygge af tvivl om, at vi ser på bevaret gammel biologi, " sagde Marshall. "Alder på dette mikrofossil tror vi er devonsk. Disse fyre er akvatiske mikroorganismer - de menes at være mikroalger, en eukaryot celle, mere avanceret end bakteriel. Vi fandt det vanadiumindhold, du ville forvente i cyanobakterielt materiale."

Arbejdet blev støttet af et ARC International Research Grant (IREX) på udkig efter biosignaturer for ekstracellulært liv, den australske synkrotron, og Department of Energy ved Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory.

Da Marshall var ARC Fellow ved University of Sydney, inden du kommer til KU, han arbejdede med medforfatter Lays gruppe.

"Vi planlægger at udføre yderligere Raman-spektroskopisk arbejde på de kulholdige materialer ved hjælp af nanospektroskopisk billeddannelse, " sagde Lay. "Denne forskning er også af interesse for forskere i det europæiske rumprogram om Mars Explorer, siden en anden efterforsker på ARC-bevillingen, selvom der ikke arbejdes på dette aspekt, var Howell Edwards, som var involveret i instrumentering til Mars Explorer."

Marshall sagde, at hans forskerholds vanadiumbaserede verifikationsteknik fortjener opmærksomhed fra NASA-forskere, der planlægger Mars 2020-missionen. Heldigvis, KU-forskeren har gode kontakter i rumfartsstyrelsen.

"Forhåbentlig læser nogen hos NASA avisen, sagde Marshall. Interessant nok, videnskabsmanden, der er ledende primærforsker for røntgenspektrometeret til rumsonden, de kalder det PIXL, var hans første kandidatstuderende fra Macquarie University, før sine KU-tider. Jeg tror, ​​jeg vil e-maile hende avisen og sige, "Dette kunne være af interesse."