En Yellowstone guide til livet på Mars

En geologistuderende fra University of Cincinnati hjælper NASA med at afgøre, om der eksisterede liv på andre planeter.

Doktorand Andrew Gangidine arbejder sammen med UC geologiprofessor Andrew Czaja for at udvikle en markør for gammelt bakterieliv på Mars. Forskningen kan hjælpe forskere til at bringe et af vores mest fundamentale mysterier til hvile.

"Vi forsøger at besvare spørgsmålet:Hvor sjældent er liv i universet?" Sagde Gangidine.

Czaja, en adjunkt ved UC's McMicken College of Arts and Sciences, tjener i et NASA-rådgivende udvalg, der beslutter, hvor på Mars de næste fjernstyrede rover skal sendes. Blandt andre mål, roveren vil lede efter beviser for, at der engang eksisterede liv på den røde planet. Det rådgivende udvalg har indsnævret listen over landingsstedskandidater til tre og vil anbefale en finalist senere på året.

I mellemtiden, Gangidine studerer mikrobielt liv i silica varme kilder for at komme med en nyttig indikator for liv på Mars. I de sidste to år har han har udført feltarbejde i gejserbassinerne i Wyomings Yellowstone National Park for at undersøge, hvilke elementer der er forbundet med bakterier, der lever i disse geotermiske puljer.

"Vi vil forblive objektive. Nogle mennesker tror, ​​at der skal være liv på Mars, "Gangidine sagde." Andre mener, at der bestemt ikke er liv på Mars. Og begge sider har en god chance for at være korrekte. Begge har gyldige argumenter. Derfor går vi derhen og ikke ser noget, det vil ikke være 'mission fail'. "

Gangidine præsenterede sin forskning 25. april på den anden internationale Mars Sample Return -konference i Berlin, Tyskland.

I dag, vi ved, at livet ikke kan eksistere på Mars, i hvert fald ikke på dens tørre overflade. Solstråling splittede det meste af dets overfladevand i sine elementdele for næsten 3 milliarder år siden, da den røde planet mistede sit beskyttende magnetfelt.

Men forskere diskuterer, om der kan eksistere liv et eller andet sted dybt under jorden, blandt lommer af vand fanget omkring geotermiske områder svarende til Yellowstones gejsere.

At finde beviser for liv på Mars er overraskende kompliceret.

Hvis Mars nogensinde havde levet, det er muligt, at den blev udslettet, da det meste af atmosfæren forsvandt i solvinden, Sagde Czaja.

Så NASA -forskere skal være parate til at lede efter fossile beviser for bakterieliv, der går så langt tilbage. Gangidine sagde, at den gode nyhed er, at lignende fossiler fra det tidlige bakterielle liv for mere end 3,5 milliarder år siden er blevet fundet på Jorden. Dette gør ham optimistisk om, at hvis der nogensinde eksisterede lignende liv på Mars, NASA har en chance for at finde en fossil registrering af det.

"Vi kan se på, at livet bevares i disse silica -aflejringer i dag. Vi har beviser for, at dette sker i hele geologisk tid, "Gangidine sagde." Det, vi forsøger at gøre, er at fange fossilisering, mens det sker. Hvad sker der med mikroberne selv? Og hvad sker der med de sporstoffer, vi tror, ​​er forbundet med dem, mens de lever? "

For at finde spor om det gamle liv på Mars, geologer ser til varme kilder som dem, der findes i Amerikas første nationalpark.

Gangidine og hans kolleger har brug for tilladelser til at indsamle prøver i parkens bagland. Men at udforske gejserbassinerne kan være vanskelig og farlig. En turist døde i 2017 efter at være faldet i en af ​​bassinens kogende bassiner, mens han vandrede off-trail.

"Disse ting kan virkelig fjerne kødet fra dine knogler, "Gangidine sagde." I bunden af ​​varme kilder studerer vi, at du ser kranier af bison og andre dyr, der var uheldige nok til at vandre for tæt på. "

Gangidines team omfatter en erfaren baglandsspecialist, UC postdoktor Jeff Havig, der nu er ved University of Minnesota. De vælger sig omhyggeligt hen over calderaen. Sommetider, de kan se, hvor en bisonhov er brudt igennem den tynde skorpe for at afsløre dampende mudder.

Det geologiske arbejde tager dem på tværs af "skælvende moser, "et tyndt lag tørv og græs, der dækker dybt skiftende mudder. Gangidine gik sammen med en kollega på sådan en vandretur, da han sank over knæene i den forræderiske mudder.

"Heldigvis, det sted var ikke super varmt. Men jeg gik bare en fod væk fra en anden. Jorden kan virkelig ændre sig hurtigt, "sagde han." Når vi går ind i disse indstillinger, vi skal være meget forsigtige. "

Kogende syre og lavalignende mudder er ikke de eneste farer for forskere i gejserbassinerne. De skal også være forsigtige med ikke at bruge for lang tid omkring dampåbningerne, som indeholder en blanding af gasser såsom kuldioxid, hydrogensulfid og metan, der kan kvæle en person under de rigtige forhold.

U.S. Geological Survey dokumenterede dette fænomen i 1888 i en del af parken med tilnavnet "Death Gulch, "en naturlig depression mellem to stejle bakker, hvor giftige gasser bobler op fra Cache Creek. Harvard University geolog T.A. Jaggar Jr. vendte tilbage til området i 1899 og fandt seks bjørne, en elg og forskellige smådyr, der tilsyneladende døde efter at have bukket under for de giftige dampe.

Men selv i frisk luft, den gas, der stiger fra jorden, kan have en kumulativ effekt, Sagde Gangidine.

"Disse varme kilder udsender en masse gasser, som du ikke ønsker at trække vejret i. De binder sig til hæmoglobinet, der transporterer ilt gennem din krop. Indånder det, du bliver meget træt, "Sagde Gangidine.

"Derfor forsøger vi at planlægge en dag ude af feltet for hver tredje dag, vi arbejder i marken. Hvis du er der i fire dage, du kan virkelig føle dig som en zombie. Det er virkelig svært at tænke, svært at flytte. "

Som biologi bachelor ved UC, Gangidine arbejdede sammen med UC biologiprofessor Dennis Grogan for at undersøge mikrobielt liv kaldet ekstremofiler, der lever på fjendtlige steder som Yellowstones sure eller alkaliske varme kilder. Nu som geolog, Gangidine studerer de fossiler, disse hårdføre encellede væsener efterlader sig.

"Varme kilder danner siliciumaflejringer, der bevarer livet rigtig godt, "Sagde Gangidine." Når den efterlades eksponeret på en planets overflade, det krystalliserer ikke og metamorfoserer ikke. Så disse prøver burde være relativt velbevarede, hvis vi finder dem. "

I UC -professor Czajas geologilaboratorium, Gangidine kigger gennem et mikroskop på dias, han forberedte ud af bidder af Yellowstone -silica, han tog fra en bjergrig dampkegle -gejser.

Bakteriefilamenterne fra prøver taget på toppen af ​​gejseren er fulde af farve. Men de ældre prøver, nogle måske tusinder af år gamle, er farveløse, selvom de holder deres form. Så for flere spor om denne grundlæggende livsform, Gangidin udsætter bakterieprøverne for elementær analyse ved hjælp af et sekundært ion -massespektrometer. Analysen gør elementerne i levende farver:dybe gule, røde og grønne, der repræsenterer chrom eller gallium, er måske forbundet med bakterielivet.

Hvis Gangidine finder en sammenhæng mellem koncentrationerne og rumlige fordelinger af bestemte elementer og bakterierne, det kan tjene som en biosignatur, som forskere kan bruge til at identificere tidligere liv på Mars.

"Grunden til at vi valgte gallium er, at det ikke vides at være forbundet med liv. Men når vi ser på de fossiliserede bakterieprøver, vi finder det, så der skal ske noget, "Sagde Gangidine." Opbevarer bakterierne visse elementer fortrinsvis i modsætning til hvad du ville finde andre steder i disse klipper? "

Gangidine arbejder med forskere i Australien, hjemsted for nogle af verdens ældste fossiler, nogle går 3,5 milliarder år tilbage.

"Hvis jeg vil oprette en biosignatur, Jeg må bevise, at det vedvarer hele tiden, "Gangidine sagde." Det findes i disse relativt yngre prøver. Men findes det i disse gamle prøver, også? Det vil være afgørende at finde ud af. "

Gangidine planlægger også at bygge en kunstig varm kilde i et laboratorieakvarium ved hjælp af lignende elementer fundet i gejsere. Ved at introducere en supermætning til vandet, overskydende silica vil præcipitere på samme måde som i naturen. Derefter kan han tilføje sporkemikalier, der er forbundet med liv og studere, hvad der sker i en miniatureverden, der mangler liv.

"For at bevise, at vi fandt en biosignatur, vi er nødt til at bevise, at signaturen ikke opstår uden liv, " han sagde.

"Gallium er den, vi blev overrasket over, "Czaja sagde." Det er forbundet med silica i nærheden af ​​bakterierne, men er ikke i bakterierne. "

Ligesom Gangidine, Czaja startede inden for videnskaberne ved at studere biologi, inden han fortsatte en karriere inden for paleontologi.

Czajas NASA -rådgivende udvalg mødes i oktober for at beslutte, hvor på Mars de gerne vil sende roveren blandt de tre foretrukne destinationer. Roveren er foreløbig planlagt til lancering i juli eller august 2020, ankommer til Mars cirka syv måneder senere.

"NASA har en tendens til at lide at gå nye steder for at skubbe grænsen. Geologer kan lide at gå tilbage til de samme steder igen og igen for at stille nye spørgsmål, "Sagde Czaja.

Roveren vil indsamle prøver i forseglede beholdere til forsendelse tilbage til Jorden i en senere mission. Så der kan gå mange år, før geologer som Czaja og Gangidine ved, om deres anelser om, hvor de bedst kan lede efter livet på Mars, var korrekte.

At hjælpe med at formulere et spørgsmål, som du måske aldrig vil leve for at se besvaret, er en af ​​videnskabens mest uselviske sysler, Sagde Czaja.

"En ting, jeg kan lide ved disse NASA-missioner, er den langsigtede tænkning og planlægning, "sagde han." Folk, der arbejder med disse projekter nu, ser måske aldrig resultaterne. Men de er stadig villige til at arbejde, fordi det er et så fascinerende spørgsmål. "

Mars 2020 -missionen vil ikke være en fiasko, hvis forskere ikke finder tegn på liv. Tværtimod, Sagde Gangidine.

"Hvis vi finder det, vi kan sige, at livet ikke er så sjældent blandt planeter, "Sagde Gangidine." Men hvis vi ikke finder liv på steder, der ville være de mest ideelle og bedst bevarede kandidater, så er livet måske ret sjældent. "

Men hvis NASA finder bevis på liv på Mars, det kan tyde på, at gnistning af liv fra en ursuppe trods alt ikke er så ekstraordinær. Og det første spørgsmål vil være, hvordan livet på Mars kan sammenlignes med livet på Jorden, Sagde Czaja. Var der en fælles forfader?

"Måske er vi alle martianere, "Sagde Czaja.

Enhver påstand om eksistens eller fravær af liv på Mars vil blive genstand for global kontrol og skepsis. Czaja sagde, at forskere skal være parate til at fremskaffe et væld af beviser for at styrke deres fund.

"Det er ikke nær nok at finde noget, der ligner en bakteriecelle, "Czaja sagde." Der er ikke -biologiske ting, der kan se sådan ud. Men hvis du har en kaskade af træk - dette og dette og dette sammenlagt - er det svært at forklare det på en anden måde end livet. "