4 milliarder år gamle nitrogenholdige organiske molekyler opdaget i Mars-meteoritter

Et forskerhold inklusive forsker Atsuko Kobayashi fra Earth-Life Science Institute (ELSI) ved Tokyo Institute of Technology, Japan, og forsker Mizuho Koike fra Institute of Space and Astronautical Science ved Japan Aerospace Exploration Agency, har fundet nitrogenholdigt organisk materiale i carbonatmineraler i en Mars-meteorit. Dette organiske materiale er højst sandsynligt blevet bevaret i 4 milliarder år siden Mars' Noachian-tid. Fordi carbonatmineraler typisk udfældes fra grundvandet, dette fund tyder på en våd og organisk rig tidlig Mars, som kunne have været beboelig og gunstig for livet at starte.

I årtier, forskere har forsøgt at forstå, om der er organiske forbindelser på Mars, og i så fald, hvad deres kilde er. Selvom nyere undersøgelser fra rover-baseret Mars-udforskning har fundet stærke beviser for Mars-organiske stoffer, lidt vides om, hvor de kom fra, hvor gamle er de, hvor vidt udbredt og bevaret de kan være, eller hvad deres mulige forhold til biokemisk aktivitet kunne være.

Mars-meteoritter er stykker af Mars' overflade, der selv blev sprængt ud i rummet af meteornedslag, og som i sidste ende landede på Jorden. De giver vigtig indsigt i Mars historie. Især én meteorit, opkaldt Allan Hills (ALH) 84001, opkaldt efter regionen i Antarktis, den blev fundet i 1984, er særligt vigtigt. Den indeholder orangefarvede carbonatmineraler, som udfældede fra salt flydende vand på Mars' overflade nær for 4 milliarder år siden. Da disse mineraler registrerer Mars' tidlige vandige miljø, mange undersøgelser har forsøgt at forstå deres unikke kemi, og om de kan give beviser for gammelt liv på Mars. Imidlertid, tidligere analyser led af kontaminering med terrestrisk materiale fra Antarktis sne og is, hvilket gør det svært at sige, hvor meget af det organiske materiale i meteoritten, der virkelig var Mars. Ud over kulstof, nitrogen (N) er et væsentligt element for jordlevende liv og et nyttigt sporstof for planetarisk systemudvikling. Imidlertid, på grund af tidligere tekniske begrænsninger, nitrogen var endnu ikke målt i ALH84001.

Denne nye forskning udført af det fælles ELSI-JAXA-team brugte state-of-the-art analytiske teknikker til at studere nitrogenindholdet i ALH84001-karbonaterne, og holdet er nu overbevist om, at de har fundet det første solide bevis for 4 milliarder år gamle Mars-organiske stoffer, der indeholder nitrogen.

Terrestrisk forurening er et alvorligt problem for undersøgelser af udenjordiske materialer. For at undgå en sådan forurening, holdet udviklede nye teknikker til at forberede prøverne med. For eksempel, de brugte sølvtape i et ELSI rent laboratorium til at plukke de små karbonatkorn af, som er omtrent på bredden af ​​et menneskehår, fra værtsmeteoritten. Holdet forberedte derefter disse korn yderligere for at fjerne mulige overfladeforurenende stoffer med et scannende elektronmikroskop-fokuseret ionstråleinstrument hos JAXA. De brugte også en teknik kaldet Nitrogen K-edge micro X-ray Absorption Near Edge Structure (μ-XANES) spektroskopi, hvilket gjorde det muligt for dem at påvise nitrogen til stede i meget små mængder og til at bestemme, hvilken kemisk form nitrogenet var i. Kontrolprøver fra nærliggende magmatiske mineraler gav intet påvisbart nitrogen, viser, at de organiske molekyler kun var i carbonatet.

Efter de omhyggelige kontamineringskontroller, holdet fastslog, at de opdagede organiske stoffer højst sandsynligt var ægte Mars. De bestemte også bidraget af nitrogen i form af nitrat, en af ​​de stærke oxidanter på nuværende Mars, var ubetydelig, tyder på, at den tidlige Mars sandsynligvis ikke indeholdt stærke oxidanter, og som videnskabsmænd har mistænkt, det var mindre oxiderende, end det er i dag.

Mars' nuværende overflade er for hård til, at de fleste organiske stoffer kan overleve. Imidlertid, forskere forudsiger, at organiske forbindelser kan bevares i omgivelser nær overfladen i milliarder af år. Dette ser ud til at være tilfældet for de nitrogenholdige organiske forbindelser, som holdet fandt i ALH84001-karbonaterne, som ser ud til at være blevet fanget i mineralerne for 4 milliarder år siden og bevaret i lange perioder, før de endelig blev leveret til Jorden.

Teamet er enige om, at der er mange vigtige åbne spørgsmål, såsom hvor kom disse nitrogenholdige organiske stoffer fra? Kobayashi forklarer, "Der er to hovedmuligheder:enten kom de uden for Mars, eller de er dannet på Mars. Tidligt i solsystemets historie, Mars var sandsynligvis overhældt med betydelige mængder organisk stof, for eksempel fra kulstofrige meteoritter, kometer og støvpartikler. Nogle af dem kan være opløst i saltvandet og blevet fanget inde i karbonaterne." Forskerholdet leder, Koike tilføjer, at alternativt kemiske reaktioner på tidlig Mars kan have produceret de N-bærende organiske stoffer på stedet. På den ene eller anden måde, de siger, disse fund viser, at der var organisk nitrogen på Mars, før det blev den røde planet, vi kender i dag; tidlige Mars kan have været mere "jord-lignende, "mindre oxiderende, vådere, og organisk rig. Måske var den 'blå'.