Йеллоустоун расскажет, как найти жизнь на Марсе
Студент-геолог из Университета Цинциннати помогает NASA определить, может ли на других планетах существовать жизнь. Сейчас Эндрю Гангидин пишет докторскую и работает с профессором геологии Эндрю Чая над маркером для древней бактериальной жизни на Марсе. Это исследование может помочь ученым найти ответ на одну из самых старых и глубоких загадок нашей галактики. «Мы пытаемся ответить на вопрос: насколько редка жизнь во Вселенной», говорит Гангидин.
Чая состоит в консультативном совете NASA, который определяет, куда именно на Марсе отправлять следующий марсоход с дистанционным управлением. Среди прочих целей, этот марсоход будет искать признаки когда-то существовавшей на Красной планете жизни. Консультативный совет сузил список подходящих мест для приземления до трех и порекомендует финалиста до конца этого года.
Сам Гангидин изучает микробную жизнь в кремниевых горячих источниках, чтобы определить несколько полезных индикаторов жизни на Марсе. За последние несколько лет он успел поработать в гейзерных бассейнах Йеллоустоунского заповедника, пытаясь определить, какие элементы ассоциируются с бактериями, которые живут в этих геотермальных бассейнах.
«Мы хотим оставаться объективными. Некоторые считают, что на Марсе должна быть жизнь», говорит Гангидин. «Другие считают, что жизни на Марсе точно нет. И у каждой стороны есть хорошие шансы оказаться правой. У обеих есть веские аргументы. Поэтому, если мы отправимся на Марс и не найдем ничего, провала миссии не будет».
Гангидин представил свою работу 25 апреля на Второй международной конференции, посвященной возврату образцов с Марса, в Берлине, Германия.
Сегодня мы знаем, что жизнь на Марсе существовать не может. Во всяком случае не на сухой поверхности планеты. Солнечная радиация расщепила большую часть воды на поверхности на элементарные частицы примерно 3 миллиарда лет назад, когда Красная планета потеряла большую часть своего защитного магнитного поля.
Ученые, однако, обсуждают, может ли жизнь существовать где-нибудь глубоко под землей, среди водяных карманов, заточенных возле геотермальных районов, похожих на гейзеры Йеллоустоуна.
Найти доказательства жизни на Марсе поразительно сложно. Если на Марсе когда-то и была жизнь, возможно, она была уничтожена вместе со всей атмосферой, унесенной солнечным ветром, говорит Чая. Поэтому ученые NASA должны быть готовы к поиску ископаемых останков бактериальной жизни, которая могла существовать в те времена. Гангидин говорит, что хорошая новость в том, что похожие ископаемые останки ранней бактериальной жизни, которая существовала 3,5 миллиарда лет назад, уже находили на Земле. А значит, возможно, найдут и на Марсе.
«Мы можем взглянуть на жизнь, сохранившуюся в этих силикатных отложениях сегодня. У нас есть доказательства того, что это происходит на протяжении геологического времени», говорит ученый. «Что нам нужно, так это поймать окаменение в процессе. Что происходит с самими микробами? Что происходит со следами элементов, которые сопровождают их при жизни?».
Чтобы пролить свет на древнюю жизнь на Марсе, геологи ищут горячие источники вроде тех, что имеются в первом национальном парке Америки. Гангидину и его коллегам нужно разрешение на сбор образцов на задворках парка. Но исследование гейзерных бассейнов само по себе может быть сложным и опасным. В 2017 году в Йеллоустоуне умер турист, упав в один из кипящих бассейнов.
«Источник запросто снимет плоть с ваших костей», говорит Гангидин. «На дне горячих источников полно черепов бизонов и других животных, которым не повезло подойти слишком близко».
В команде Гангидина опытный ученый Джефф Хэвиг, работающий в Университете Миннесоты. Он осторожно прокладывает путь через кальдеру. Иногда они видят, как из лунки, пробитой бизоньим копытом, поднимается парящий газ.
Работа геологов приводит их к «дрожащим болотам», тонкому слою торфа и травы, покрывающих глубокий ил. По неосторожности можно провалиться в грязь по колено.
«К счастью, здесь не слишком жарко. Но я был недалеко от остальных. Почва может быстро измениться. Нам приходится быть крайне осторожными».
Кипящая кислота и лавообразный ил — не единственные опасности, подстерегающие исследователей гейзерных бассейнов. Они также должны быть осторожными, чтобы не слишком долго ходить возле парящих отверстий, потому что смесь газов вроде углекислого, сероводорода и метана может и удушить человека.
Но как это напоминает фантастическое исследование неведомой планеты.
Впрочем, поднимающийся от земли газ накапливается даже в чистом воздухе.
«Эти горячие источники испускают много газов, которыми вам не захочется дышать. Они связываются с гемоглобином, который переносит кислород по вашему телу. Вдохните их побольше — и почувствуете усталость», говорит Гангидин. «Поэтому мы пытаемся распланировать каждый день полевых работ, стараясь не работать больше трех дней кряду. Четыре дня — и вы почувствуете себя зомби. Тяжело думать, тяжело двигаться».
Изучая биологию в университете, Гангидин работает с профессором биологии Деннисом Гроганом, который помогает исследовать микробную жизнь — конкретно экстремофилов — которая существует даже в такой недружелюбной среде, как кислотные или щелочные горячие источники Йеллоустоуна. Как геолог Гангидин исследует ископаемые окаменелости, которые остались после этой одноклеточной жизни.
«Горячие источники оставляют силикатные отложения, которые прекрасно сохраняют жизнь», говорит Гангидин. «Оказавшись на поверхности планеты, они не кристаллизуются и никак не меняются. Такие образцы должны быть достаточно хорошо сохранены, когда мы их найдем».
В геологической лаборатории профессора Чая Гангидин вглядывается через микроскоп в слайды, которые он подготовил из кремниевых срезов Йеллоустоуна, которые он добыл в коническом гейзере. Бактериальные нити в образцах, взятых в верхней части гейзера, насыщенны цветом. Но более старые образцы, некоторым из которых тысячи лет, бесцветные, даже если сохраняют свою форму. Поэтому, чтобы получить больше сведений об этой простейшей форме жизни, Гангидайн анализирует бактериальные образцы при помощи масс-спектрометра вторичных ионов. Анализ окрашивает элементы в разные цвета: насыщенный желтый, красный и зеленый — это хром или галлий, которые обыкновенно ассоциируются с бактериальной жизнью.
Если Гангидин найдет корреляцию между концентрациями и пространственными распределениями конкретных элементов и бактерий, она может послужить биосигнатурой, которую ученые смогут использовать для идентификации прошлой жизни на Марсе.
«Причина, по которой мы выбрали галлий, в том, что обычно он не ассоциируется с жизнью. Но, изучая эти окаменевшие образцы бактерий, мы обнаружили нечто любопытное. По всей видимости, бактерии хранят определенные элементы выборочно, вопреки тому, что вы ожидаете найти в породе».
Гангидин работает с учеными из Австралии, где находятся древнейшие окаменелости бактерий, датирующиеся 3,5 миллиардами лет.
«Если я захочу создать биосигнатуру, я должен быть уверен, что она сохранится со временем», говорит Гангидин. «Она есть у этих относительно молодых образцов. Но будет ли она и у древних тоже? Это еще предстоит выяснить».
Гангидин также планирует построить искусственный горячий источник в лабораторном аквариуме, используя аналогичные элементы, обнаруженные в гейзерах. Если перенасытить воду кремнеземом, он осядет, как и в природе. Затем можно добавить следовые химические вещества, связанные с жизнью, и изучить, что происходит в миниатюрном мире, в котором нет жизни.
«Чтобы доказать, что мы нашли биосигнатуру, нам нужно доказать, что такая биосигнатура не проявится без жизни», говорит он. «Мы были удивлены, увидев галлий. Он ассоциируется с кремнеземом возле бактерий, но не находится внутри бактерий».
Консультативный комитет NASA соберется в октябре, чтобы решить, в какое место на Марсе предпочтительнее направить марсоход. Сам ровер пока запланирован к запуску в июле-августе 2020 года, а на Марс прибудет семью месяцами позже.
Марсоход будет собирать образцы в запечатанные контейнеры, чтобы позже отправить на Землю. Поэтому может быть так, что за много лет до этого геологи вроде Чаи и Гангидина будут знать, как правильно искать жизнь на Марсе. Помощь в оформлении вопроса, на который ты никогда не узнаешь ответ, всегда было одним из самых решительных действий в науки.
«Мне нравится в миссиях NASA долговременное планирование и мышление. Люди, работающие над этими проектами сейчас, могут никогда не увидеть результатов. Но они готовы работать, потому что вопрос очень интересный».
Миссия на Марс 2020 года не будет провальной, если ученые не найдут признаков жизни. Даже наоборот.
«Если мы ее найдем, мы сможем сказать, что жизнь не такая уж редкость на планетах. Но если мы не найдем жизнь в местах, которые будут идеально подходить для нее, тогда жизнь будет довольно редким событием».
Если же NASA действительно найдем признаки жизни на Марсе, это будет означать, что зарождение жизни из первичного бульона вовсе не такое уж и необычное явление. И первым вопросом будет: как марсианская жизнь отличается от земной? Какой общий предок?
«Возможно, мы все марсиане», говорит Чая.