I løpet av de siste tiårene har våre pågående studier av Mars avslørt noen veldig fascinerende ting om planeten. På 1960-tallet og begynnelsen av 70-tallet Mariner sonder avslørte at Mars var en tørr, frigid planet som mest sannsynlig var blottet for liv. Men etterhånden som vår forståelse av planeten har utdypet seg, har det blitt kjent at Mars en gang hadde et varmere, våtere miljø som kunne ha støttet livet.
Dette har igjen inspirert flere oppdrag hvis formål det har vært å finne bevis på dette tidligere livet. De viktigste spørsmålene i dette søket er imidlertid hvor du skal se og hva du skal se etter? I en ny studie ledet av forskere fra University of Kansas, anbefalte et team av internasjonale forskere at fremtidige oppdrag skulle se etter vanadium. Dette sjeldne elementet, hevder de, kunne peke veien mot fossiliserte bevis på liv.
Studien deres, med tittelen “Imaging of Vanadium in Microfossils: A New Potential Biosignature”, dukket nylig opp i det vitenskapelige tidsskriftet Astrobiologi. Ledet av Craig P. Marshall, førsteamanuensis i geologi ved University of Kansas, inkluderte det internasjonale teamet medlemmer fra Argonne National Laboratory, Geological Technical Services Division i Saudi Aramco, University of Liège og University of Sydney.
Å være tydelig, å finne tegn på liv på en planet som Mars er ingen lett oppgave. Som Craig Marshall antydet i en University of Kansas pressemelding:
"Du har fått arbeidet ditt kuttet hvis du ser på eldgamle sedimentære bergarter for mikrofossiler her på jorden - og enda mer på Mars. På jorden har bergartene vært her i 3,5 milliarder år, og tektoniske kollisjoner og omregninger har lagt mye stress og press på bergarter. Også disse bergartene kan bli begravet, og temperaturen øker med dybden. ”
I papiret deres anbefaler Marshall og kollegene at oppdrag som NASAs Mars 2020 rover, ESA-ene ExoMars 2020 rover og andre foreslåtte overflateoppdrag kunne kombinere Raman-spektroskopi med letingen etter vanadium for å finne bevis på fossilisert liv. På jorden har dette elementet blitt funnet i råoljer, asfalt og svarte skifer som har blitt dannet av langsomt forfall av biologisk organisk materiale.
I tillegg har paleontologer og astrobiologer brukt Raman-spektroskopi - en teknikk som avslører de cellulære sammensetningene av prøver - på Mars i noen tid for å søke etter livstegn. I denne forbindelse ville tilsetning av vanadium gi materiale som ville fungere som en biosignatur for å bekrefte eksistensen av organisk liv i prøver som ble undersøkt. Som Marshall forklarte:
“Folk sier:‘ Hvis det ser ut som livet og har et Raman-signal om karbon, så har vi livet. Men, selvfølgelig, vi vet at det kan være karbonholdige materialer som er laget i andre prosesser - som i hydrotermiske ventilasjonsåpninger - i samsvar med å se ut som mikrofossiler som også har noe karbonsignal. Folk lager også fantastiske karbonstrukturer kunstig som ser ut som mikrofossiler - nøyaktig det samme. Så vi er i et tidspunkt hvor det er veldig vanskelig å se om det bare er liv basert på morfologi og Raman-spektroskopi. "
Dette er ikke første gang Marshall og hans medforfattere har tatt til orde for å bruke vanadium for å søke etter livstegn. Slik var gjenstanden for en presentasjon de holdt på Astrobiology Science Conference i 2015. Marshall og hans team understreker dessuten at det ville være mulig å utføre denne teknikken ved å bruke instrumenter som allerede er en del av NASAs Mars 2020 oppdrag.
Deres foreslåtte metode involverer også ny teknikk kjent som røntgenfluorescensmikroskopi, som ser på elementersammensetning. For å teste denne teknikken undersøkte teamet termisk endrede organiske vegger mikrofossiler som en gang var organiske materialer) kalt acritarchs). Fra dataene deres bekreftet de at spor av vanadium er til stede i mikrofossiler som hadde udiskutabelt organisk opprinnelse.
"Vi testet akritarker for å gjøre et bevis-på-konsept på en mikrofossil der det ikke er noen skygge av tvil om at vi ser på bevart antikk biologi," sa Marshall. ”Alder på dette mikrofossilet tror vi er Devonian. Disse karene er vannlevende mikroorganismer - de antas å være mikroalger, en eukaryotisk celle, mer avanserte enn bakterier. Vi fant vanadiuminnholdet du kan forvente i cyanobakteriell materiale. "
Disse mikrofossiliserte bitene av livet, hevder de, er sannsynligvis ikke veldig forskjellige fra den slags liv som kunne ha eksistert på Mars for milliarder av år siden. Annen vitenskapelig forskning har også indikert at vanadium er et resultat av organiske forbindelser (som klorofyll) fra levende organismer som gjennomgår en transformasjonsprosess forårsaket av varme og trykk (dvs. diagenetisk endring).
Med andre ord, etter at levende vesener dør og blir begravet i sediment, dannes vanadium i restene som et resultat av å bli begravet under flere og flere bergarter - dvs. fossilisering. Eller, som Marshall forklarte det:
“Vanadium blir kompleks i klorofyllmolekylet. Klorofyll har typisk magnesium i sentrum - under begravelse erstatter vanadium magnesium. Klorofyllmolekylet blir viklet inn i det karbonholdige materialet, og bevarer således vanadiet. Det er som om du har et tau som er lagret i garasjen din, og før du legger det bort, pakker du det slik at du kan løsne det neste gang du trenger det. Men over tid på garasjegulvet blir det sammenfiltret, ting blir fanget i det. Selv når du rister hardt i tauet, kommer ikke ting ut. Det er et sammenfiltret rot. På samme måte, hvis du ser på karbonholdig materiale, er det et sammenfiltret rot av ark med karbon, og du har blandet vanadinet. "
Arbeidet ble støttet av en ARC International Research Grant (IREX) - som sponser forskning som søker å finne biosignaturer for ekstracellulært liv - med ekstra støtte fra det australske Synchrotron og Advanced Photon Source på Argonne National Laboratory. Ser fremover, håper Marshall og kollegene å videreføre forskning som vil innebære å bruke Raman-spektroskopi for å studere karbonholdige materialer.
For tiden ser forskningen ut til å ha tiltrukket det interessante fra Det europeiske romfartsorganet. Howell Edwards, som også forsker ved bruk av Raman-spektroskopi (og som arbeidet har fått støtte av en ARC-bevilgning), er en del av ESAs Mars Explorer-team, der han er ansvarlig for instrumentering på ExoMars 2020 rover. Men, som Marshall antydet, håper teamet også at NASA vil vurdere sin studie:
“Forhåpentligvis leser noen på NASA avisen. Interessant nok var forskeren som er hovedforsker for røntgenspektrometeret for romføleren, de kaller det PIXL, hans første forskarstudent fra Macquarie University, før KU-tidene. Jeg tror jeg vil sende henne papiret og si: "Dette kan være av interesse."
Det neste tiåret forventes å være en veldig lykkebringende tid for leteoppdrag til Mars. Flere rovere vil utforske overflaten i håp om å finne det unnvikende beviset på livet. Disse oppdragene vil også bidra til å bane vei for NASAs besetningsoppdrag til Mars innen 2030-årene, som vil se astronauter lande på overflaten av den røde planeten for første gang i historien.
Hvis disse oppdragene faktisk finner bevis på livet, vil det ha en dyp effekt på all fremtidig oppdrag til Mars. Det vil også ha en ufattelig innvirkning på menneskehetens oppfatning av seg selv, når man til slutt vet at for milliarder av år siden, ikke liv dukket opp på jorden alene!
