Allan Hills 84001
Sagen for liv
på Mars
Bruce Jakosky
Indledning
Geologiske processer
Forbindelser mellem planeterne
Vidnesbyrdene i klippestykket
Er de for små?
Simple eller komplekse?
Er sagen overbevisende? Et skeptisk synspunkt Michael
Yarus
Indledning
For 4,5 milliarder år siden
For 3,5 milliarder år siden
Et første indtryk
Gammelt jordisk liv
Mulige gamle marsboere
Marsboerne som fossiler
Det afgørende vidnesbyrd er derude
Et år senere Bruce Jakosky
Indledning
Foreslåede tegn på liv i ALH84001
Karbonatdannelse: Hvor varmt?
En fortælling skrevet med atomer
PAH'er og Mars kemi
Stadig mindre verdener at udforske
Hvad vi derefter skal se efter
Mars klippen: Noget af dens kemi er fra Jorden
Gene McDonald
Indledning
Når aminosyren viser sig
Sigende typer carbon
Jordiske forureninger udelukker ikke Mars liv David
S. McKay, Everett K.
Gibson og Kathie L. Thomas-Keprta
Indledning
PAH'er som biomarkører
Den mystiske komponent
Sagen for liv på Mars
Bruce
Jakosky*
Skønt
supermarkedets sensationspresse hver dag skriger til os om fremmed liv, der
besøger Jorden, findes der ikke nogen videnskabelige vidnesbyrd, der
alment accepteres som bevis for eksistensen af udenjordisk
liv. I den igangværende eftersøgning af liv på andre
planeter forekommer Mars at være det mest sandsynlige sted at kigge, i
vort solsystem.
Hvorfor kunne Mars være et passende sted for
liv? Er "Mars meteoritterne" virkelig fra Mars og hvad kan vi
lære om den røde planet fra dem? Er vidnesbyrdene om fossilt liv
overbevisende? I 1976 landede Viking rumskibene på Mars og
afprøvede marsbunden for tegn på liv; der blev ikke fundet nogen
overbevisende tegn på liv. Burde vi genoverveje Viking resultaterne i
lyset af disse ny opdagelser? For at tage stilling til disse
spørgsmål er det nødvendigt først at forstå
Mars som planet.
Mars synes at have alle forudsætningerne for
liv - flydende vand på overfladen i mindst en del af sin historie,
energikilder, som kan drive liv, adgang til livets grundstoffer (som carbon, oxygen, nitrogen og hydrogen) og et
tilstrækkeligt stabilt miljø til livets opretholdelse.
Figur 1. To tilnærmelsesvis ens planeter rejser gennem
det samme nabolag i rummet. Er det muligt, at de begge frembragte liv for 3,6
milliarder år siden? På det tidspunkt besad de begge de
nødvendige ingredienser: organiske molekyler, flydende vand og varme
nok til at drive og vedligeholde de kemiske reaktioner, vi identificerer som
biologiske.
Planetens diameter er omkring det halve af Jordens, alligevel er den stor
nok til at holde på sin atmosfære i tidens løb.
Atmosfæren består primært af kuldioxid og er lige under 1 procent
så tæt som Jordens. På grund af den tyndere atmosfære
og fordi Mars er omkring 1,5 gange så langt fra Solen, er
temperaturerne på Mars meget køligere end på Jorden med
den daglige middeltemperatur omkring minus 55 grader Celsius, et godt stykke
under den temperatur, hvor vand fryser.
Givet det lave atmosfæriske tryk fra den tynde
atmosfære ville flydende vand på overfladen hurtigt fordampe; det
almene fravær af flydende vand forekommer at være et alvorligt
problem for liv på marsoverfladen. Desuden ville manglen på en
væsentlig mængde ozon til at beskytte overfladen mod ultraviolet
stråling og de sandsynligvis rigelige mængder oxidanter,
som brintoverilte, der ville reagere med enhver organisme, gøre det
vanskeligt for livet at overleve.
Imidlertid har det måske ikke altid været tilfældet.
Mars klimaet og miljøet kan i tidligere tider have været
væsentligt anderledes end nutidens. Vi kan se på Mars' tidligere
klima, fordi geologiske processer, som omdannelse af overfladen gennem
vulkanudbrud eller ved erosion af vinden eller vand, ikke har ødelagt
alle spor af de ældre overflader. Nogle områder på Mars
dateres tilbage til for omkring 4 milliarder år siden og baseret
på antallet af nedslagskratere, vi kan tælle på de
forskellige geologiske enheder, er der overflader, som repræsenterer
alle tidsperioder fra for 4 milliarder år siden og op til nutiden.
Vi har således et vindue ind til Mars'
geologiske historie, som lader os forstå, hvordan de forskellige
geologiske processer har virket i tidens løb. Vi har ikke dette vindue
på Jorden eller Venus, hvor omdannelse af overfladen sker meget
hurtigere. På Jorden er det næsten umuligt at finde et
klippestykke, som er 3,5 til 4 milliarder år gammelt. På Mars er
det meste af den sydlige halvkugle, som er fyldt med kratere, så
gammel.
De ældste overflader på Mars viser
systemer af dalnetværk, der ligner jordiske flodsystemer. De indeholder
forgrenende bifloder, som i størrelse og udseende er lig jordiske
floddale og disse bifloder løber ofte ud i indelukkede bassiner, hvor
de kan have dannet stillestående vandmængder, eller søer.
Det er ikke klart om overfladeafløb af vand eller vandrige
strømme af klippestykker var den primære mekanisme, som eroderede
disse dale; de kunne endda være blevet eroderet af vand, der
strømmede under et dække af is. Uanset hvad, så
måtte flydende vand være mere udbredt på overfladen under
Mars' tidligere epoker.
Desuden er nedslagskraterne på de gamle
marsoverflader blevet væsentligt eroderet i forhold til deres
oprindelige udseende. Deres udstødstæpper
er blevet ødelagt, kraterkanter og centrale tinder er blevet fjernet
og kraternes indre er blevet fyldt med klippestykker. Nogle få kratere
er kun blevet delvist ødelagt og viser tegn på at være
blevet eroderet af afløb af flydende vand. Kvantitativt var
erosionshastigheden før omkring 3,5 milliarder år siden omkring
tusinde gange større end i løbet af de efterfølgende 3,5
milliarder år. Igen er den enkleste forklaring, at vandet da var mere
udbredt og mere stabilt på overfladen, end det er i dag.
Da miljøet på den tidlige Mars tillod
flydende vand at findes på overfladen, er det plausibelt at tale om en
livets oprindelse da. Det ser ud til, at livet dannede sig på Jorden i
den samme periode, muligvis i lignende miljøer med lavt vand.
Oprindelsen af liv på Jorden må være sket meget hurtigt,
givet den korte tidsperiode mellem slutningen af det voldsomme bombardementet af planetesimaler(o.a.)
(for omkring 4,0 milliarder år siden, se senere) og den første
registrering af liv i jordiske klipper (ikke senere end for 3,5 milliarder
år siden og muligvis så længe siden som 3,85 milliarder
år). Hvis livet på Jorden opstod så hurtigt under de rette
betingelser, så kunne livet være opstået uafhængigt
på Mars i samme tidsrum.
De yngre overflader på Mars viser to typer
geologiske træk, som også kan være relevante for muligt
marsliv. For det første er meget af Mars' nordlige halvkugle
dækket med lavastrømme og flodbasalt og der er et antal store
adskilte vulkaner (som Olympus Mons, den største). Disse træk
bekræfter tilstedeværelsen af varmekilder og at de har fundet
sted gennem hele Mars' historie; Mars var vulkansk aktiv inden for de sidste
200 millioner år, baseret på alderen af nogle af marsmeteoritterne
og den kan endda være vulkansk aktiv i dag. For det andet er der sket
store katastrofiske oversvømmelser sporadisk gennem marshistorien.
Oversvømmelsernes kanaler udspringer fra undergrunden, hvilket
antyder, at Mars' skorpe havde en stor vandforsyning.
Tilstedeværelsen af både vand i skorpen
og geotermiske varmekilder betyder, at der må have været hydrotermiske systemer under overfladen, som tillod
opvarmet vand at cirkulere gennem skorpen. Tilstedeværelse af
vulkanisme op gennem de nyeste tidsperioder medfører også, at
disse systemer har været i funktion indtil og måske inkluderende,
nutiden. Varme kilder er et andet muligt sted for livets oprindelse på
Jorden - deres kemiske miljø kan drive produktionen af organiske
molekyler, som er livets forstadier og varmen kan tilføre en
energikilde. Hydrotermiske systemer på Mars
sørger således for et miljø, i hvilket livet kunne
opstå på næsten ethvert tidspunkt eller i hvilket livet
kunne eksistere til nutiden. Det er klart at marsoverfladen og undergrunden
ville have sørget for et glimrende miljø for liv på
forskellige tider i Mars historie.
Selv hvis livet ikke opstod på Mars, kunne der alligevel være
liv på planeten. Klipperne i en planets skorpe kan kastes ud i rummet
af en asteroides nedslag. Disse klipper ville blive kastet ind i
kredsløb omkring Solen. Klipper, der er kastet ud fra Mars, kan finde
vej til Jorden og klipper fra Jorden kan finde vej til Mars. Hvis nogle af
disse rejsende jordklipper indeholdt bakterier - og det gør nogle
klipper dybt inde i skorpen faktisk - så kunne bakterier være
blevet transporteret til Mars. Hvis klipperne faldt på en marsoase, som
en varm kilde, hvor vand frigøres til overfladen, kunne bakterierne
have overlevet og mangfoldiggjort sig og der kan være jordiske
organismer, der lever på Mars!
Hvilke er vidnesbyrdene om, at Mars faktisk havde
levende organismer? Nylige diskussioner drejer sig om meteoritten ALH84001,
som i 1984 blev indsamlet fra ispladen Allan Hills
i Antarktis. Den er en af 12 meteoritter i vore videnskabelige samlinger, som
menes at være fra Mars.
Ud af de 12 er denne særlige meteorit den, som
mest sandsynligt ville indeholde vidnesbyrd om marsliv. Den er den
ældste, dannet for omkring 4,5 milliarder år siden da planeten
selv blev dannet. Den har rifter med rigelige årer af kulstofholdige
mineraler som kalcit (kalcium karbonat, CaCO3),
der normalt dannes, når varmt vand passerer gennem klippe. Omkring 10
procent af meteoritten er karbonat mineral og de mulige fossile vidnesbyrd
findes inde i disse karbonater. Saltenes alder er ikke godt bestemt,
skønt der er tegn på, at de blev afsat i de midterste epoker i
Mars' historie, muligvis så nyligt som for 1,8 milliarder år
siden.
Forskergruppen, der ledes af David McKay fra NASA og arbejder fra NASA's Johnson Space
Center i Houston og Stanford University,
identificerede adskillige linier af vidnesbyrd, der
antydede, at der var liv til stede på det tidspunkt, da saltene
dannedes. Skønt ingen enkelt linie er overbevisende
i sig selv, kan kombinationen af dem alle indikere liv.
|
Figur
2.
I dette tynde snit af ALH84001 ses de nu berømte karbonat kugler som
brune klatter kantet af hvide og sorte lag. Disse lag er lavet af
jernsulfid mineraler af forskellig sammensætning og en forklaring er,
at de blev afsat af marsbakterier.
|
Karbonat mineralerne fylder revner og sprækker inde i klippens
fordybninger, med adskilte "kugler" af karbonat op til adskillige
hundrede micron (omkring 0,01 tomme) i
tværsnit. Disse kugler er lagdelte, med jernrige og kalciumrige
mineralkorn i lag omkring ydersiden. Det yderste lag indeholder
jernsulfid-rige mineraler og magnetit (jernoxid, Fe3O4)
korn.(Se Figur 2).
Skønt disse mineraler kan dannes ved
ikke-biologiske mekanismer, argumenterer NASA forskerne for, at magnetit,
jernsulfid mineraler og karbonater alle dannes under forskellige kemiske
betingelser og at det er usandsynligt, at de alle ville være til stede
på samme sted. Jordiske bakterier kan fremstille disse typer mineral
korn, alle på samme sted og i et enkelt miljø. Forskerne
foreslår, at disse mineraler kan være blevet dannet i ALH84001 af
marsbakterier. Mineralkornenes størrelse (omkring 25 nanometer, eller en milliontedel tomme) og deres form
ligner meget dem, der produceres af bakterier. En lignende lagdeling kan
imidlertid forkomme, når de aflejres i meget
varmt vand (temperatur omkring 680 grader Celsius), som gennemgår en
temperaturændring.
Det andet vidnesbyrd er tilstedeværelsen, inde
i meteoritten, af en type organisk molekyle, kendt som polycyklisk
aromatisk hydrocarbon, eller PAH. PAH'er er en meget almindelig klasse organisk molekyle,
som næsten fuldstændigt består af carbonringe,
der er forbundet. Hver ring består af seks carbonatomer,
der er bundet sammen i hexagon form og de mange
ringe passer sammen noget lig fliser på en patio. De kan dannes
på Jorden enten ved nedbrydning af større organiske molekyler i
forbindelse med henfald af bakterier eller andet liv, eller ved
ufuldstændig forbrænding af organiske brændstoffer. I hver
proces tvinges hydrogen og oxygen væk og efterlader carbon,
som så kan danne disse komplekse molekyler.
PAH'er kan også
dannes i rummet mellem stjernerne og blive indlemmet i meteoritter. De er
faktisk almindelige i de fleste primitive meteoritter - dvs. dem, der er
blevet ændret mindst siden deres dannelse for 4,5 milliarder år
siden. Processerne, ved hvilke PAH'er dannes i
meteoritter, er imidlertid unikke; det er ikke muligt for PAH'er
at dannes i marsmeteoritterne, mens de rejser i rummet mellem udkastningen
fra marsoverfladen og deres landing på Jorden. Det er også
usandsynligt, at PAH'erne i ALH84001 kunne have
deres oprindelse i interstellart rum, være blevet indlemmet i meteoritter,
landet på Mars tidligt i dens historie og så blevet optaget i
ALH84001 og kastet ud i rummet. Marsmiljøet og dets aktive geologiske
historie ville med næsten sikkerhed have ødelagt PAH'er, med mindre de meget hurtigt kunne være
blevet isoleret fra overfladens miljø.
PAH'erne i ALH84001 findes
inde i karbonaterne. Kunne de være forureninger, indført
på Jorden under behandlingen af meteoritten? Denne mulighed forekommer
at være usandsynlig. Der er en langt større overflod af PAH'er end det typiske på Jorden eller i Antarktis.
Desuden viser målinger af overfloden af PAH'er
på forskellige steder inde i meteoritten, at der er mindre overflod
på ydersiden end inde, hvilket indikerer, at diffusion fra ydersiden
til det indre er usandsynlig. Undersøgelser af andre antarktiske
meteoritter med samme historie på Jorden som ALH84001 viser heller
ingen målelige PAH'er. Endelig blev
meteoritterne behandlet meget omhyggeligt under indsamlingen og i
laboratoriet for at begrænse forureningen til et minimum.
Kræver tilstedeværelsen af PAH'er, at liv skal have eksisteret på Mars?
Skønt PAH'erne næsten med sikkerhed
har deres oprindelse på Mars, kræver de ikke liv. Hvis de
imidlertid ikke dannedes fra bakteriers henfald, måtte de være
dannet af andre organiske molekyler i marsmiljøet. I begge
tilfælde er dette et interessant resultat, som giver den første
definitive måling, der viser, at der findes organiske molekyler
på Mars. Fordi organiske molekyler kræves til livets eksistens,
hæver deres tilstedeværelse automatisk diskussionens niveau
vedrørende mulige Mars livstræer.
|
Figur
3.
Langs en frisk brudflade på ALH84001, optaget af et
scanning elektron mikroskop med høj opløsning, kan man se
bittesmå pølseformede tingester, som delvist er indesluttet i
en karbonatkugle. Dette indikerer, at disse former var tilstede,
da kuglen dannedes i et miljø med flydende vand. De kunne være
små lerstave - eller resterne af
marsbakterier.
|
Det sidste, vigtige vidnesbyrd i meteoritten er måske det mest
interessante: strukturer, hvis udseende er meget lig fossiler af jordiske
bakterier. Disse pølseformede strukturer er delvist indesluttet i
karbonatet og må derfor være afsat samtidigt med karbonaterne. De
ses i friske blotlægninger af karbonatet, hvor klippen er brækket
i stykker. Den måske mest sigende anekdote vedrørende disse
strukturer blev genfortalt af Everett Gibson fra
Johnson Space Center. Han tog et fotografi af en af disse strukturer med hjem
og hans hustru, som er mikrobiolog, så den og spurgte ham, hvilken
slags bakterie det var. De ligner virkelig bakterier!(Figur 3).
Skønt strukturerne i meteoritten forekommer at
være meget lig jordiske bakterier, er der en meget stor forskel - de er
omkring 100 nanometer (omkring fire milliontedel af
en tomme) i tværsnit, nogle 10 til 100 gange mindre end jordiske
bakterier. Dette er omkring samme størrelse som jordiske ribosomer
eller vira. (Ribosomer er dele af jordiske celler, som bidrager til
cellereproduktion). Hverken ribosomer eller vira er i stand til at
reproducere af sig selv og fungerer uafhængigt, så ingen af dem
betragtes som en levende organisme.
Er disse Mars strukturer så små, at de ikke kunne være
levende entiteter? Svaret er ikke klart. Til trods for deres lille
størrelse er de alligevel store nok til at kunne indeholde det, der
svarer til 1.000 basepar fra en DNA kæde. De er større end det,
som man mener er en minimum størrelse for
liv. Selv om de ældste og mindste Jord bakterier er større end
marsstrukturerne, repræsenterer de ikke det tidligste jordiske liv. Det
første liv har snarere været meget simplere og meget mindre,
muligvis svarende i størrelse til disse Mars fossiler.(I 1998 fandt
man i Australien tegn på jordisk liv, der var mindre end de hidtil
kendte, o.a.).
En vigtig grænsebetingelse for, om liv kunne
have eksisteret i marskarbonaterne, er, hvad temperaturen var, da de blev
aflejret. Hvis karbonaterne blev aflejret ved en temperatur højere end
omkring 150 grader Celsius, så ville livet sandsynligvis ikke have
kunnet eksistere.
Uheldigvis er vidnesbyrdene om temperatur tvetydige.
Analyse af de specifikke mineraler, der er til stede i karbonaterne,
førte Ralph Harvey (fra Case Western Reserve University)
og Harry McSween (fra University
of Tennessee) til at foreslå en dannelse ved meget høje
temperaturer, måske over 650 grader Celsius. På den anden side
foreslog NASA forskerne en dannelsestemperatur mellem omkring nul og 80
grader Celsius baseret på forholdet mellem oxygen isotoperne i
mineralerne; dette forhold vil variere i karbonaterne afhængigt af
deres dannelsestemperatur og brugen af forholdet til at udlede en
dannelsestemperatur er en standardteknik i jordisk geokemi. Dette lavere
estimat kan imidlertid være forkert, fordi det mulige tab af oxygen til
rummet også vil influere på oxygen isotoperne; inkludering af
denne virkning hævede temperaturområdet til 40 til 250 grader
Celsius. Dette temperaturområde vil stadig tillade livets eksistens men
kun ved de lavere temperaturer. Disse forskellige vurderinger af temperaturen
er ikke blevet løst.
Senere har Ian Wright og gruppen ved The Open University i England undersøgt to af
marsmeteoritterne, ALH84001 og EETA79001 (en anden af de antarktiske
meteoritter). De bekræftede tilstedeværelsen af organiske stoffer
i den første og identificerede dem også i den anden meteorit;
EETA79001 er en meget yngre meteorit, mindre end 200 millioner år
gammel, hvilket betyder, at der må have eksisteret organiske molekyler
på Mars helt indtil fornylig. Gruppen så også på
forholdet mellem carbon isotoper, carbon 13 og carbon 12.
Biokemiske reaktioner vil alment foretrække den lettere isotop,
således at levende stof sædvanligvis har mindre carbon 13 end dets omgivelser; dette kendetegn er karakteristisk
for liv på Jorden og er faktisk blevet brugt til at foreslå, at
liv på Jorden har eksisteret for så længe siden som 3,85
milliarder år. Wrights gruppe fandt også en væsentlig
reduktion af den tungere isotop i nogle af karbonatkornene, hvilket muligvis
antyder, at biologisk aktivitet har fundet sted!
Er der en overbevisende sag for fortidigt liv på Mars med alle disse
vidnesbyrd? Hver observation kan forklares enten af biologiske processer
eller af ikke-biologiske processer. Det videnskabelige hold, der arbejder med
meteoritterne, foreslår, at det er enklere at påberåbe sig
en enkelt proces - biologi - til at forklare alle observationerne, end at
påberåbe sig adskillige urelaterede
geokemiske processer til forklaring af hver observation; de foreslår,
at marsbiologi er den enkleste helhedsforklaring. Dette er et magtfuldt
argument.
På den anden side argumenterer andre, at
påberåbelse af en biologisk forklaring er forbundet med valget af
den mest komplicerede forklaring og at alle ikke-biologiske mekanismer skal
udelukkes, før man tager en biologisk mekanisme i betragtning.
Ifølge dette argument bør den biologiske løsning ikke
foretrækkes frem for geokemi, selv om den forekommer at være den
bedste løsning.
Hvilket argument er bedst? Skønt de nye
resultater er spændende og stimulerende, tror meget få folk, at
sagen for liv på Mars indtil videre er overbevisende. Flere analyser af
den eksisterende meteorit, af andre marsmeteoritter og af andre lokaliteter
på Mars, er nødvendige.
Hvor er det rette sted at lede? For at lede efter
marsliv, følg vandet. Forhistoriske søbunde, bifloder eller
vulkanske varme kilder kunne være steder, hvor liv kunne have
eksisteret i fortiden. For senere liv, selv op til nutiden, kunne mulige steder
være varme kilder i forbindelse med nylig vulkansk aktivitet eller
flydende vand under overfladen.
Uheldigvis er det ikke klart, hvad man skal kigge
efter på disse steder. Liv kunne drives af så mange forskellige
kemiske mekanismer, at specifikke kemiske reaktioner ikke kan udpeges til
undersøgelse uden at kende miljøets geokemi. Vi har behov for
at tage til Mars med et åbent sind for at lede efter kemi, som kan
indikere liv og at vælge de mest plausible steder, hvor flydende vand
og liv kunne have eksisteret.
Liv
på Mars: Er sagen overbevisende?
Et
skeptisk synspunkt
Michael Yarus**
Som biolog, der er
interesseret i livets oprindelse på Jorden, forekommer det mig, at Mars
meteoritten ALH84001 og dens mulige forbindelse med liv på Mars bedst
forstås, når den sammenlignes med vidnesbyrd om liv på
Jorden i samme æra.
Dvs. at for 3,5 milliarder år siden er det
sandsynligt, at der var mikrobeliv på Jorden. Disse skabninger er groft
taget samme afstand i tid fra os som livet på Mars for 3,6 milliarder
år siden, som undersøgelse af meteoritten antyder. For at
sammenligne disse to forhistoriske biota, vil jeg
begynde med omgivelserne for livets oprindelse på Jorden, som vi nu
forstår dem.
Ifølge veletablerede metoder til isotopdatering dannedes Jorden for
4,5 milliarder år siden af sammensmeltningen af interstellare rester,
der vandrede omkring i solsystemets område. Varmen fra denne forening
af planetare fragmenter udsmeltede en jernkerne,
som lagde sig i centrum af Jorden under dens dannelse. Lettere materiale, som
skulle blive til Jordens skorpe, flød rundt på overfladen. For
4,2 milliarder år siden var denne overflade begyndt at samle sig til en
skorpe. Dette indvarsler den såkaldte Hades-periode i Jordens historie
- "Hades" fordi forholdene var helvedes ved enhver definition af
den tid af Jordens historie. Gennem den periode var ikke blot Jordens skal
mest smeltet, men planeten under dannelse blev ramt af store nedslag,
planetesimaler, hvis energi var nok til at gensmelte overfladen, når
den begyndte at samle sig og koge oceaner bort, hvis de havde dannet sig. De
oprindelige oceaner kogte sikkert bort adskillige gange og fordampede derved
sandsynlige bostæder for det tidlige liv,
før det omsider kunne slå sig ned permanent.
Det er tydeligt, at for omkring 3,8 milliarder
år siden var forholdene blevet mere passende for liv; på det
tidspunkt finder vi den første sedimentære klippe. For at
få sedimentær klippe skal man have stabile vandmængder og
en skorpe. Efter denne periode svandt de kataklysmiske
nedslag bort og Jordens skorpe bredte sig og udviklede sig mod sin moderne
størrelse og form.
For 3,5 milliarder år siden, kun relativt kort tid efter at skorpen blev
mulig, finder vi gode vidnesbyrd om liv - ikke kun liv, men komplekse
mikroorganismer, der ligner nogle, som findes i Jordens biota
i dag. Således dukkede livet op overraskende hurtigt på Jorden.
Der gik en enorm periode på 2,9 milliarder år, hvor de eneste
levende beboere på Jorden var sådanne encellede mikroorganismer.
Således er den første konklusion, jeg ønsker at drage
om liv på Mars, i fremtrædende grad positiv. Planeterne i det
indre solsystem dannedes på samme tid, af de samme materialer og ved
ens processer. Mens Jorden og Mars senere udskilte sig dramatisk fra
hinanden, ser de for 3,5 milliarder år siden ud til at have været
meget mere ens end i dag. På trods af de helvedesagtige aspekter af den
tidlige planethistorie og tilsyneladende imod al sandsynlighed, kender vi et
parallelt eksperiment i hvilket, en marslignende planet udviklede relativt
komplekse mikroorganismer kort efter størkningen, på et
tidspunkt og i en situation som ligner den, der foreslås for
marsmeteoritten ALH84001. Dette parallelle eksperiment fandt sted på
Jorden.
Jeg finder dette sidestykke temmeligt overbevisende.
Vidnesbyrd om mængder af vand på marsoverfladen citeres ofte til
fordel for liv på Mars. Imidlertid forekommer gammel vanderosion
på marsoverfladen mig at være en del af, men mindre overbevisende
end, den tidlige parallelitet med begivenheder på Jorden.
For at komme videre har vi brug for detaljerne i vidnesbyrdene om
forhistoriske mikroorganismer på Jorden. Især har vi brug for de
vidnesbyrd, der er indsamlet af J. William Schopf
fra University of California
i Los Angeles, som er specialist i forhistoriske mikrofossiler.
Schopfs ældste mikrofossiler kan ses ved at kigge gennem tynde sektioner
af klippe fra det nordvestlige Australien. I dette område er der
klippebånd, der indeholder klumper af millimeterstørrelse. I
lysmikroskopet kan man, i tynde skiver af klumperne, se cellelignende
genstande, som ikke findes i den omgivende klippe. Når man betragter
dem på nært hold, ligner de kæder af celler, som hver er et
rum lukket af en tilsyneladende cellevæg. Kæderne ligner meget
kæder af moderne cyanobakterier. De har den
rette størrelse, cellernes perioder er rigtig og kæderne slutter
med en celle af unik form - som alle moderne blå-grønne
bakterier. Man ser endda celler, som ser ud til at være ved at dele
sig.
Vi tror, at disse billeder er mikrofossiler
dannet efter, at cyanobakterielle forfædre
blev fanget og indesluttet i et gammelt sediment. Til senere sammenligningers
formål er det værd at huske, at selve fossilerne er klippe. De er
resultatet af erstatningen af stumper og stykker af disse cyanobakterier,
hvis det var det, de var, af kontrastmineraler. I dag kan man gå hen og
udvælge en klump, skære den i tynde skiver og se, ikke
organismen, men en slags afstøbning af organismen lavet af klippe, som
har varet i milliarder af år.
Det første bemærkelsesværdige er,
at disse genstande har størrelse og udseende som skabninger, vi
genkender. Der er en kontinuitet, måske en evolutionær
kontinuitet, mellem de mest forhistoriske fossiler og moderne skabninger. Det
skal indrømmes, at der er en potentiel logisk cirkularitet i denne
konklusion; var de for nye, ville vi måske ikke genkende dem.
For det andet kender vi alderen på disse
billeder meget godt. Fordi den omgivende klippe kan dateres, igen ved brug af
isotop dateringsmetoder, kan de små fossiler dateres, hvis de har
klippens alder. Det forekommer meget sandsynligt, fordi dele af den
omsluttende klippe går lige gennem fossilerne og forbinder dem til et
klippemateriale, som kan dateres.
Klippelag i dette område af Nordvest Australien
er blevet udførligt kortlagt af geologer. De fossilrige klumper ligger i Apex-laget.
Apex underligges af det såkaldte Duffer (3,465 milliarder år gammelt) og overligges
af Panorama Formationen (3,458 milliarder år gammel). Således
dateres sandwich laget Apex til for 3,46 milliarder
år siden og klumperne og deres mikrofossiler
må være mindst lige så gamle.
Endelig kan disse mikrofossiler
gengives, da de er blevet fundet mangfoldige gange. Jeg kan næsten
garantere, at hvis jeg gav Dem Schopfs kort og De
foretog en grundig vandreferie i Nordvest Australien, kunne De genopdage
relaterede fossiler. De er ikke en eller anden sjælden geokemisk
anomali, men fund af den slags, man sædvanligvis sætter pris
på i videnskab, fund, som kan bekræftes.
Lad os nu se på de hypotetiske marsboere, som de forekommer i
analysen af David McKay og andre forskere i
journalen Science's udgave fra 16. August,
1996. De fund, der antyder liv, er små forlængede genstande
på overfladen af karbonatkuglerne, genstande, som disse forskere mener er af biologisk oprindelse. Et meget generøst
estimat er, at de største af disse pølselignende genstande
måler mellem 50 og 200 nanometer. Det er
meget småt, omkring 1/500 til 1/1.000 af en typisk jordisk bakteries
størrelse.
Størrelsen har betydning: Det, en jordisk
bakterie gør med omkring 1.000 molekyler, skal den potentielle
marsboer udføre med et molekyle. Ikke desto mindre bruger marsmikroben
dette lille molekylære repertoire til at leve et temmelig komplekst
liv. Dvs. at den er en fritlevende skabning, som ormer sig vej ind i revnede
marsklipper i flydende vand og efterlader karbonataflejringer som resultat af
sit selv-tilstrækkelige stofskifte.
Som eksempel på vanskeligheden, har en lille
fritlevende skabning nødvendigvis stærke cellevægge.
Grunden er, at uden sådanne vægge ville indstrømningen af
vand til sidst få cellen til at eksplodere. En jordisk
bakterievæg, som er passende til dette job, er 25 nanometer
tyk (omkring en milliontedel tomme). Hvis marsmikroben med andre ord havde en
sådan væg, ville der slet ikke være plads til celledele i
dens indre.
Denne form for argumenter kan føres med andre
angivelser. En jordisk celle har behov for temmelig komplekse maskiner,
kaldet ribosomer, til at lave dens vigtigste katalysatorer, proteinerne.
Ribosomerne er 25 nanometer i tværsnit,
så selv hvis cellerummet var komplet fyldt med ribosomer, ville der kun
være 16 af dem, uden plads tilovers til nogle af de andre komponenter,
der kræves til aktivt stofskifte, eller til selve informationens opbevarelsesmolekyle (som DNA), der ville bære
skabningens genetiske information.
Således forekommer disse genstande ikke at
være fritlevende mikrober, som vi ser dem på Jorden. Man kan
indvende, at ethvert sådant argument er håbløst
geocentrisk. Men at argumentere for, at der findes en anden, mindre,
måske mere high tech,
løsning på problemerne med at være celle, kræver
forkastelse af, hvad vi ved om biomolekylers funktion på Jorden.
Begrænsningerne på kemien er efter alle indikationer de samme
på Mars som på Jorden. Derfor forekommer det usandsynligt for
mig, at aggregatet, med alt hvad der kræves til uafhængigt
celleliv, skulle kunne laves 500 til 1.000 gange mindre end de eksempler, vi
kender. Og bemærkelsesværdige blandt de eksempler, vi kender, er
jordiske mikrofossiler fra samme æra.
Lad os se på de marsiske levninger igen
på betingelse af de kriterier, vi anvender på arkæiske
fossiler på Jorden.
Kan de gentages? Nej, men det er ikke et fair
kriterium at anvende på en potentiel opdagelse. Måske vil de
blive gentaget i andre meteoritter. Faktisk peger denne ide på
fordelene ved en relativt billig eftersøgning af meteoritter på
Jorden, hvis mål skulle være at finde mange flere eksempler som
ALH84001. Under alle omstændigheder kan fortalerne for gammelt liv
på Mars ikke drage fordel af dette kriterium, før de gentages.
Kan alderen på de formodede marsmikrober
bestemmes? Uheldigvis forekommer det i øjeblikket usandsynligt. De
forlængede marsgenstande er ujævnheder af nanometerstørrelse
på klipper, detekteret i scanning elektron mikrografer.
Det vil sige, at de er for små til separat undersøgelse og er
ikke nødvendigvis del af de underliggende mineraler. Medmindre eller
indtil tekniske fremskridt gør det muligt at samle et antal af dem
separat for mere komplet analyse, kan deres alder forblive ukendt.
Endelig og mest betydningsfuldt, overvej selve
genstandenes natur. En bakterie vil ikke vare i 3,6 milliarder år,
især udsat for de oxiderende forhold, der blev detekteret af Viking
landerne nær marsoverfladen. Det er
således meget usandsynligt, at disse mikroskopiske genstande er gamle
marsorganismer, der beholder deres placering.
Men det synes også usandsynligt, at disse
små genstande er mikrofossiler. Fossiler af
denne alder er selv klippe, sædvanligvis indesluttet i ekstra varige
klipper, som vi tidligere pegede på. I stedet er Marsboerne
ujævnheder på en overflade. Hvis de ikke er de oprindelige
organismer er de sandsynligvis lavet af noget varigt, som erstattede
organismen. Men at erstatte organismen med noget, der kan overleve 3,6
milliarder år og af organismens eksakte form, synes at kræve
dannelsen af en form, injektion af den varige substans til at tage
organismens form, derefter henfald af det omgivende formmateriale for at
efterlade en langvarig fritstående kopi af den oprindelige mikrobe.
Denne komplicerede serie hændelser forekommer mildt sagt usandsynlig.
I studiet af muligt Mars liv er vi således
langt fra status af vidnesbyrd for jordisk liv af samme alder. Men det er
bestemt tidligt endnu. Afgørende vidnesbyrd, som isotoprater, der kan
pege stærkt for eller imod liv, vil sikkert snart fremkomme. Det
forekommer fornuftigt at være forsigtig. En
person, der vædder, bør være tilsvarende forsigtig med at
hæve indsatsen for marsliv, i det mindste på grundlag af de
vidnesbyrd, vi har set.
Selv hvis de kemiske vidnesbyrd tilføjes, har Mars meteoritterne
endnu ikke bidraget meget til vidnesbyrdene for liv på Mars. Ikke desto
mindre forbliver liv på Mars sandsynligt af andre grunde. Jeg
foreslår, at vi tager meteorittens vidnesbyrd som et
spørgsmål, ikke som svaret. Spørgsmålet om liv
på Mars er overbevisende og endnu mere efter at al den furore om
ALH84001 har fokuseret vor opmærksomhed.
Endvidere rejser vi til Mars fem gange i løbet
af de næste par år. Stumper og stykker af Mars vil blive
returneret til Jorden i år 2005, måske før. Og i disse
klipper eller i klipper fra Mars, der allerede er på Jorden, kan der
være mere afgørende vidnesbyrd. Indenfor levetiden af de fleste,
som nu læser disse ord, vil vi sandsynligvis have svaret.
Fra The Case for Life
on Mars, The Planetary Report, Januar/Februar 1997, pp.12-19.
Et
år senere
Bruce
Jakosky*
Medmindre
man fører et meget beskyttet liv, er man opmærksom på det
sidste års diskussioner vedrørende mulige vidnesbyrd om liv
på Mars. I august 1996 offentliggjorde et hold forskere, ledet af David
McKay fra NASA's Johnson Space Center, den
første rapport om disse vidnesbyrd i bladet Science og
præsenterede resultaterne for offentligheden i en bredt rapporteret
pressekonference. Siden da har andre hold forskere gennemført deres
egne analyser og nogle af dem er nået til konklusioner, der adskiller
sig fra de første rapporter. Resultater fra andre støtter eller
er i det mindste konsistente med NASA holdets foreslåede vidnesbyrd.
Er vi, et år senere, tættere på at
vide, om kendetegnene inde i meteoritten er rester af Mars liv? Eller om liv
nogensinde eksisterede på Mars?
De oprindelige vidnesbyrd blev fundet ved brug af geokemiske analyser og
scanning elektronmikroskop billeder af dele af meteoritten ALH84001. Denne
meteorit, der er opsamlet i Antarktis, er en af 12, som man mener er fra Mars. På grund af meteorittens alder
(den blev dannet på en tid, hvor planeten sandsynligvis havde et
varmere, mere vådt klima) og på grund af de årer af
karbonat mineraler, der løber gennem den (som sandsynligvis
udfældedes fra flydende vand, der løb gennem klippen),
indså McKays's hold øjeblikkeligt, at
ALH84001 måske indeholdt spor af Mars biologi. De gjorde fem
observationer, som de følte indikerede Mars biota.
For det første fandt de polycykliske
aromatiske hydrocarboner (PAHs,
udtalt "pahs") associeret med
karbonataflejringerne. PAH'er er organiske
molekyler, der primært består af carbon
ringe, som kan være henfaldsbiprodukter af levende ting eller kan
være fremstillet af ikke-biologiske processer som forbrænding af
organiske molekyler ved høj temperatur.
For det andet identificerede McKay's
hold en sammensat lagdelt struktur inde i karbonaterne, som ligner lagdelte
strukturer i jordiske karbonater, hvis dannelse hjælpes på vej af
bakterier.
For det tredje fandt de magnetitkorn,
som ikke tidligere er set i meteoritter og som er af en størrelse og
form, der er lig jordiske mineralkorn, som er produceret af visse typer
bakterier. De fandt også korn af et jernsulfid mineral, som de
forsøgsvis identificerede som greigit, der
på Jorden kun produceres af bakterier.
For det fjerde fandt de strukturer på omkring
100 nanometer (nanometer
= en milliarddel af en meter), som har en slående lighed med jordiske
fossile bakterier, de svarer i størrelse til "nannobakterier",
som er strukturer fundet inde i nogle jordiske mineraler, strukturer, som kan
være levende organismer.
McKay og kolleger
anerkendte, at hver af disse observationer, taget individuelt, kunne
være resultatet af uorganiske, geokemiske processer. Imidlertid mente
de, at kombinationen af dem alle blev forklaret bedre af biologiske
processer.
Det er klart, at det var (og stadig er) store
spørgsmål der var på spil her - intet mindre end den
mulige opdagelse af udenjordisk liv! I året
siden den første bekendtgørelse har der været måske
et dusin rapporterede undersøgelser i de videnskabelige blade eller
præsenteret ved konferencer om meteoritter, planetær
geokemi og livets oprindelse. Utallige diskussioner har fundet sted blandt
forskere stående omkring vandkøleren, forskere, som
prøvede at forstå både de oprindelige og de nye
resultater. Selv om de nye resultater siger meget om forholdene omkring
dannelsen af meteoritten, tillader de os endnu ikke at beslutte, om klippen
indeholder vidnesbyrd om liv.
Det er vanskeligt at bestemme, om de kendetegn, vi
ser, er af biologisk oprindelse - hvordan identificerer man noget som
enestående biologisk? De fleste af analyserne har i stedet fokuseret
på karbonaternes og aflejringernes egenskaber.
Et halvt dusin studier har prøvet at bruge forskellige teknikker
til at bestemme den temperatur, ved hvilken karbonat mineralerne blev
aflejret. Karbonater kan aflejres fra en flydende blanding af carbondioxid og
vand ved temperaturer over 600 grader Celsius eller fra vand ved temperaturer
omkring 50 til 150 grader Celsius - eller, i virkeligheden, ved næsten
enhver temperatur ind imellem. De bakterielignende strukturer i ALH84001 blev
indlejret i karbonaterne, mens de dannedes, så en meget høj
dannelsestemperatur ville udelukke, at de var i live - liv kan ikke fungere
ved så høje temperaturer, da de organiske molekyler er ustabile
og brækker fra hinanden meget hurtigt.
Det oprindelige forslag, om en dannelse ved lav
temperatur, kom fra oxygenisotop målinger.
Når karbonat mineraler dannes af opløste atomer,
foretrækker mineralerne de lettere isotoper af oxygen (isotoperne er
kun forskellige ved at have en eller to ekstra neutroner i deres kerne,
hvilket gør dem en lille smule tungere). Graden af begunstigelse
afhænger af temperaturen, så sammenligning af isotop
forhold, mellem karbonatkorn og den carbondioxid, fra hvilken kornene
dannedes, kan bruges til at bestemme temperaturen. Hvadenten
det oprindelige forhold blev sat af vekselvirkning med mineralerne (som
foreslået af Chris Romanek og kolleger,
inkluderende mange af medlemmerne af McKays gruppe)
eller ved vekselvirkning med atmosfæren (som foreslået af Kevin Hutchins og mig), så indikerer isotopforholdene en
lav dannelsestemperatur - bestemt mindre end 300 grader Celsius.
På den anden side kom der en indikation af
dannelse ved høj temperatur fra observationerne af strukturen af magnetitkornene, der er indeholdt i karbonaterne. John
Bradley og kolleger fandt mineralkorn, som de beskrev som lignende små
"knurhår". Disse menes kun at dannes ved høje
temperaturer, omkring 650 grader Celsius. Desuden var nogle ikke perfekte
krystaller, som de ville være i biologisk frembragte korn, men havde en
særlig type defekt, som kaldes en "skrue" forvridning. I en
skrue forvridning er atomerne i en række af krystallen forskubbet i forhold
til, hvor de skulle være. En sådan defekt kan forekomme i
krystaller, der er dyrket fra damp, men ikke i dem, der er dyrket biologisk.
Disse forskere konkluderer, at krystallerne i ALH84001 ikke kunne være
produceret af bakterier.
Joseph Kirschvink og hans kolleger fra California
Institute of Technology undersøgte
magnetfeltet, som var bibeholdt af individuelle magnetitkorn,
der var fanget inde i karbonataflejringerne. Når den dannes, vil magnetitten bibeholde et "aftryk" af et hvilket
som helst magnetfelt, der er til stede på det tidspunkt; den vil
beholde dette aftryk, medmindre den varmes op til høje temperaturer.
Magnetit vil fuldstændigt miste feltet omkring 600 grader Celsius. Ved
at måle mængden af bibeholdt magnetfelt estimerer forskerne, at
kornene ikke er blevet opvarmet over 325 grader Celsius og sandsynligvis ikke
over 110 grader Celsius. Hvis karbonaterne var dannet ved ekstremt
høje temperaturer, ville det bibeholdte magnetiske felt være
blevet tabt.
Imedens opnåede John Valley (University of Wisconsin) og kolleger og Laurie Leshin (University of California at Los
Angeles) og kolleger detaljerede målinger af oxygen isotoper inde i
karbonaterne. De fandt variation i forholdet mellem oxygen-18 og oxygen-16,
strækkende sig fra Mars' planetdækkende værdi til
værdier, der var yderst berigede med den tungere isotop. Valley
foreslog, at denne variation betød en lav dannelsestemperatur (i
kemisk ligevægt med omgivende mineraler), medens Leshin
mente, at det betød en høj dannelsestemperatur (ikke i
ligevægt men isoleret fra omgivende mineraler)! Det er klart, at den
korrekte tolkning afhænger af historien for de individuelle atomer i
kornene og den er ikke kendt.
Det har gjort vor forståelse yderligere
kompliceret, at Tim Jull (University
of Arizona) og kolleger, efter at have set på målinger af
isotopen carbon-14, har foreslået, at der kunne være jordisk carbon og oxygen inde i kornene! Carbon-14 er radioaktiv
og henfalder hurtigt, så der skulle være meget mindre
mængder i karbonaterne, end man observerer. Den eneste forklaring er,
at jordisk carbon trænger ind i meteoritten
(carbon-14 fornys løbende i Jordens atmosfære). Hvis jordisk carbon trænger ind i kornene, er det sandsynligt,
at jordisk oxygen gør det samme.
Hvorfor er der så mange forskellige tolkninger?
De forskellige forskere kigger på den samme klippe og den kan kun have
haft en historie, ikke? Muligvis ikke. Simon Clemett
fra Stanford, et af medlemmerne af McKay's hold,
hævder, at meteoritten indeholder mindst fem forskellige former af
karbonatmineraler (der, f.eks., fylder små huller versus fylder
små spalter og sprækker). Karbonaterne kunne være blevet
aflejret i de forskellige placeringer på forskellige tidspunkter eller
i forbindelse med forskellige begivenheder. Nogen kan være blevet
aflejret ved højere temperaturer og nogen ved lavere temperaturer.
Om ikke andet afslører den intense
undersøgelse, at ALH84001 har haft en kompleks geologisk historie!
PAH'er og Mars kemi
Emnet jordisk forurening er grundlæggende i enhver konklusion, vi
drager fra ALH84001. For eksempel ville de organiske PAH molekyler i sig selv
være betydningsfulde, hvis de viste sig at være fra Mars. Selv om
de ikke var henfaldsbiprodukter fra en marsisk biota, ville tilstedeværelsen af organiske stoffer
på den gamle Mars give støtte til sagen om livets oprindelse
der.
PAH'er er dog
allestedsnærværende i Solsystemet. De er blevet fundet i
meteoritter (dannet af andre organiske molekyler i det interstellare og
interplanetariske rum) og de findes på Jorden (f.eks. som biprodukter
ved afbrændingen af benzin). PAH'er findes i
isen i Antarktis.
Luanne Becker (University
of California at San Diego) og kolleger fandt, at PAH'er i årstidernes smeltevand i Antarktis ville
foretrække at forbinde sig med karbonatkorn og hvis de kunne sprede sig
ind i meteoritten, ville de blive koncentreret i kornenes indre. Clement
pegede imidlertid på, at der var problemer med de eksperimenter, der
førte til disse kendelser. Især tillod de eksperimentelle
omstændigheder ikke tid nok til, at PAH'erne
kunne forbinde sig med karbonaterne. Da PAH'erne
endvidere er relativt uopløselige i vand, er det muligt, at en
betragtelig mængde af de PAH'er, som man
mente havde bundet sig til karbonaterne, faktisk havde flydt uopløst i vandet. Det er sikkert, at ingen andre
antarktiske meteoritter har PAH'er på det
niveau, der ses i ALH84001, hvilket antyder, at forurening fra antarktisk
vand ikke er et betydningsfuldt problem.
Til trods for tilstedeværelsen af PAH'er i Antarktis, forekommer det mest sandsynligt, at
dem i meteoritten kom fra Mars. De kan selvfølgelig være blevet
bragt til Mars ved meteoritnedslag eller de kan være blevet dannet
gennem ikke-biologiske processer og ikke have noget direkte at gøre
med liv.
En anden interessant form for carbon
er blevet fundet inde i ALH84001 af Monica Grady
(British Museum of Natural History) og hendes
kolleger. De opvarmede et stykke af meteoritten og detekterede ved brug af et
massespektrometer, at der kom organiske molekyler
fra det. Disse organiske stoffer er langt mere rigelige end PAH'erne, men deres eksakte sammensætning og natur
er ukendt. Kan dette være organiske stoffer fra Mars?
Kevin Hutchins og jeg
beregnede forholdet af carbon-13 til carbon-12, som ville forekomme i marsiske organiske molekyler, hvis de dannedes af
biologiske processer og samtidig beregnede vi det forhold, der ville
forekomme, hvis de organiske stoffer dannedes af ikke-biologiske processer i hydrotermiske systemer, der simulerede miljøer
på den gamle Mars. Når resultaterne kombineres med vidnesbyrd fra
aflejringernes geokemi antyder de, at isotopforholdet, der observeres i disse
organiske stoffer, ikke er konsistent med marsisk biota; det er snarere konsistent enten med organiske
stoffer produceret i marsiske hydrotermiske
systemer eller med jordisk forurening.
Den bemærkelsesværdigt lille størrelse af de
bakterielignende strukturer har været genstand for megen diskussion.
Det typiske rumfang af de marsiske strukturer er
omkring 1/2.000 af rumfanget af den mindste bakterie på Jorden. Kan en
så lille struktur indeholde nok "udstyr" til at videregive
sin genetiske information til afkom? Dette spørgsmål blev rejst
tidligt og er stadig ikke blevet besvaret tilfredsstillende.
Adskillige forskere har bemærket, at hvis disse
marsiske strukturer havde en væg
bestående af et dobbelt lag lipider, som det
der danner membraner i jordiske organismer, ville der næsten intet
rumfang være tilbage inde i strukturerne. Ken Nealson
(University of Wisconsin) bemærkede, at hvis
nogen af de molekyler, der bliver brugt i jordisk liv, blev brugt af marsisk liv og var tilstede i de
samme koncentrationer, kunne antallet af molekyler inde i strukturen
være så lille som ét (eller ingen)! Måske kan marsiske organismer klare sig med membraner lavet af et
enkelt lag eller af et dobbelt lag, der er væsentlig tyndere end dem i
jordiske organismer.
På den anden side bemærkede McKay og kolleger en lighed i størrelse med "nannobakterier", strukturer, der er fundet i
jordiske klipper af Robert Folk (University of
Texas). Man er slet ikke enige om, hvorvidt de jordiske nannobakterier
er levende entiteter, så denne sammenligning hjælper os ikke
meget nu.
NASA gruppen har identificeret et andet kendetegn af
mulig biologisk oprindelse i ALH84001 meteoritten. De ser strukturer, der
ligner jordiske biofilm, som er polymerer eller kæder af organiske
molekyler, der er sekreter fra mikrober. Skønt de marsiske
kendetegn ligner biofilm og ser ud til at indeholde carbon,
er det endnu ikke klart om de skal være produceret biologisk.
Hvor efterlader alt dette os så? Meget få ville
påstå, at emnet er blevet afgjort, enten til gunst for eller imod
muligt marsisk liv. Det bør ikke overraske:
vi ser på kendetegn inde i en klippe - hvad enten de er biologiske
eller geokemiske - som er af en anden fysisk skala, end vi nogensinde
før har udforsket. I 1960'erne, da fossiler af individuelle celler
først blev fundet i jordiske klipper, som daterede sig milliarder af
år tilbage, tog det 10 år eller mere at forstå og
karakterisere de ikke-biologiske kendetegn på den skala og eliminere
forurening, som blev indført i laboratorierne. Vi burde forvente den samme
"indkørings" periode, når vi analyserer disse Mars
klipper.
Hvis vi arbejder ud fra, hvad vi ved om jordiske mikrofossiler, skulle vi gøre adskillige distinkte
observationer for at hævde overbevisende vidnesbyrd for, at
strukturerne i ALH84001 engang var levende ting. Vi ville ønske at se
et område af størrelser, som var konsistent med en
"livscyklus" for organismerne. Det ville også hjælpe at
finde nogle i reproduktionsakten - i færd med at dele sig. Det er
usandsynligt, at et DNA-lignende molekyle kunne overleve på Mars i
milliarder af år uden at nedbrydes, men detektion
af en membran i de bakterielignende strukturer ville være et
betydningsfuldt skridt mod vished.
En fuldstændig bestemmelse af isotop mængderne inde i karbonaterne ville
også være af væsentlig værdi. Bestemmelse af det
sande område af carbon og oxygen isotoperne i
karbonaterne og graden af jordisk forurening (baseret på carbon-14
mængderne) ville indsnævre de mulige forklaringer på de
forskellige observerede kendetegn. Bestemmelse af isotopforholdene for hydrogen,
carbon og nitrogen i PAH'erne
og i resten af de organiske stoffer kan lade os besvare visse
spørgsmål definitivt - især vedrørende jordisk
forurening og biologiske versus ikke-biologiske processer.
Et nyt fælles forskningsprogram, som er
finansieret af NASA og National Science Foundation, vil støtte en
intens runde undersøgelser af Mars meteoritterne i år. De
udvalgte forskere, omkring 15 ialt, burde komme med
nogle stærke yderligere begrænsninger på forekomsten af
fossilt liv.
Dog kan vi i sidste ende være ude af stand til
at besvare det store spørgsmål med denne ene klippe. Andy Knoll
(Harvard University) samlede 1.200 karbonat og
ikke-oxiderede lerskifer klipper fra Spitsbergen, en ø ud for Norge, klipper, som kunne
have indeholdt vidnesbyrd om liv. Mens omkring 90 procent indeholdt nogle
vidnesbyrd om liv (organiske molekyler, isotopforhold, der antyder liv og
så videre), indeholdt kun 5 procent identificerbare mikrofossiler
af bakterier. ALH84001 har måske bare ikke svarene i sig.
Selv om vi kan demonstrere et fuldstændigt
fravær af liv inde i ALH84001, ændrer logikken, der peger
på liv på Mars, sig ikke. Det varmere miljø på den
tidlige Mars, tilstedeværelsen af flydende vand på overfladen
eller under overfladen gennem planetens historie og rådigheden af
geotermisk energi til at drive biologiske processer taler alle for, at liv
kunne eksistere der.
Det virkelige svar vil sandsynligvis ikke komme uden
en detaljeret udforskning ved brug af rumfartøjer og, om
nødvendigt, mennesker. Vi har behov for at lande på de steder,
hvor det er mest sandsynligt, at livet har eksisteret i fortiden og hvor det
er mest sandsynligt, at vidnesbyrdene er blevet bevaret. Vi har behov for at
indsamle klipper. Det er sikkert, at klipperne skal undersøges i laboratorier
tilbage på Jorden.
Mars Surveyor programmet
for rummissioner har som sit mål bestemmelsen af, om der nogensinde
fandtes liv på Mars. De nuværende planer forudser rovermissioner
sendt afsted i 2001 og 2003. Disse vil indsamle
klipper, som skal returneres til Jorden af et fartøj, der bliver
afsendt i 2005. Det er imidlertid ikke klart, at disse missioner vil have de
nødvendige instrumenter til at vælge de bedste steder at
søge og de bedste prøver at bringe tilbage. Hvis vi er heldige,
kan vi have vort svar omkring et årti fra nu. Hvis vi er yderst
heldige, kunne vi finde overbevisende vidnesbyrd for liv inde i en af Mars
meteoritterne i den nære fremtid. I alle tilfælde vil det, at
finde ud af eksistensen (eller manglen herpå) af liv på Mars, fortælle
os meget om den mulige fordeling af liv i vor galakse.
Fra Mars Life? One
Year Later, The Planetary Report, November/December 1997, pp.10-13.
Mars
klippen:
Noget af dens kemi er fra Jorden
Gene
McDonald***
Resultater
fra to nylige studier af meteoritten ALH84001 støtter skeptikere, som
tvivler på, at klippen i overskrifterne indeholder vidnesbyrd om liv
på den gamle Mars. Debatten fortsætter, men om dette er forskerne
enige: ALH84001 er et brudstykke af Mars - en meteorit fundet i Antarktis i
1984 og bestemt af mineralogiske og kemiske analyser til at være en
besøgende fra den røde planet.
I august 1996 offentliggjorde en gruppe forskere
anført af David McKay fra NASA Johnson Space
Center en afhandling i Science, i hvilken de bemærkede, at den 3
til 4 milliarder år gamle meteorit indeholder karbonatmineraler, som
normalt udfældes fra flydende vand. Holdet bemærkede også
korn af mineralet magnetit, som var af samme størrelse og form som
dem, visse bakterier på Jorden producerer. McKay
og kolleger detekterede også organiske molekyler, kendt som polycyklisk aromatisk hydrocarbon
(PAH) associeret med karbonaterne. Ved brug af et scanning elektronmikroskop
så de små, aflange strukturer, der antyder fossile bakterier.
Ud fra denne sammenkædning af data konkluderede
McKay holdet, at "overvejet kollektivt"
er disse observationer "vidnesbyrd om primitivt liv på den tidlige
Mars". Siden offentliggørelsen af denne afhandling har det meste
af diskussionen i det videnskabelige samfund drejet sig om to emner. Det ene
emne er, hvorvidt karbonatmineralerne dannes fra vand ved temperaturer mindre
end 100 grader Celsius, lavt nok til at livet kan eksistere, eller ved
temperaturer på adskillige hundrede grader, alt for højt til
liv, som vi kender det. Det andet spørgsmål er, hvorvidt de
aflange strukturer, som er omkring 100 nanometer
lange, er store nok til engang at have indeholdt det molekylære
maskineri, som en levende celle behøver for at fungere. Typiske
jordiske bakterier er ti eller flere gange større. Der er endnu ikke
enighed om disse to emner.
Science fra 16. januar, 1998 fremførte
en tredje række undersøgelser - undersøgelser af kilden
til de organiske molekyler i ALH84001. Som rapporteret i to artikler af
forskellige grupper forskere, indikerer ny vidnesbyrd, at meteorittens
organiske molekyler er forureninger af jordisk oprindelse.
En af artiklerne, som er forfattet af J.L. Bada,
D.P. Glavin, G.D. McDonald
og L. Becker, rapporterer om deres søgen efter aminosyrer, en klasse
organiske molekyler, der er centrale for jordisk biokemi. For at få
aminosyrer ud af en prøve fra klippen brugte Bada
og hans kolleger en fortyndet saltsyreopløsning til at opløse
karbonat mineralerne, som så efterlod alle organiske forbindelser, der
var forbundet med dem. Forskerne analyserede så denne ekstrakt ved brug
af flydende kromatografi, en procedure, der adskiller aminosyrer, der er mere
vandopløselige, fra dem, der er mindre vandopløselige. (De opløste
aminosyrer bevæger sig gennem en søjle af porøs
kiseljord, der har et lag af en hydrocarbon
forbindelse til at forsinke de mindre vandopløselige aminosyrer.
Særlige aminosyrer kan så identificeres ved den tid, det tager
dem at passere gennem søjlen).
Holdet ledte efter aminosyrer fundet i liv på
Jorden og efter andre aminosyrer, som ikke findes i jordisk liv, men som der
er rigeligt af i carbonholdige meteoritter (carbonaceous chondrites), der
har ramt Jorden og Mars i tidens løb.
Forskerne fandt lave niveauer af nogle få
aminosyrer, som bruges af livet på Jorden, men detekterede ingen
ikke-biologiske aminosyrer. Distributionen af aminosyrer i meteoritten var
lig den, der er i antarktisk is og de biologiske aminosyrer var næsten
udelukkende af den samme "håndethed"
som aminosyrer, der bruges i proteiner på Jorden. (En aminosyre er
enten højre-håndet eller venstre-håndet afhængig af, om dens
kæde af atomer proptrækker i den ene retning eller den anden.
Aminosyrer, der er associeret med jordisk liv, er alle venstre-håndede).
I kontrast hertil finder vi i carbonholdige
meteoritter lige mængder aminosyrer af hver håndethed.
Selv om det er muligt, at denne aminosyre signatur kunne være et
resultat af marsisk biologi, konkluderede Bada og kolleger, at den mest sandsynlige kilde til
aminosyrerne er forurening med jordisk biologisk materiale under meteorittens
ophold i Antarktis.
Den anden afhandling, forfattet af A.J.T. Jull,
C. Courtney, D.A. Jeffrey og J.W. Beck, beskriver
deres analyse af carbonisotoper i det organiske
materiale og i karbonatmineralerne i ALH84001. Jull
og kolleger opdelte meteorittens carbon i
fraktioner (dvs. de adskilte den organisk forbundne carbon
fra den karbonat forbundne carbon) ved at opvarme
prøver i 100-graders trin fra rumtemperatur til over 700 grader
Celsius. Det meste organiske carbon
forbrænder til carbondioxid ved temperaturer under 400 grader Celsius,
mens karbonater forbrænder ved temperaturer omkring 450 grader Celsius
eller højere. Så afprøvede forskerne carbonfraktionen
med den lave temperatur (organisk) for dens forhold mellem carbon-13 og
carbon-12. Forholdet mellem disse to isotoper i ALH84001 var uskelneligt fra forholdet i jordisk biologisk materiale.
Vigtigere var det, at denne fraktion også
indeholdt betydelige mængder carbon-14, den isotop, der er velkendt for
sin brug i datering af arkæologiske genstande. Ud fra carbon-14's
halveringstid på 5.715 år bestemte Jull
og hans kolleger, at radiocarbon alderen af det
organiske materiale i ALH84001 er mellem 5.000 og 12.000 år.
Vi ved, at meteoritten blev slynget bort fra Mars for
omkring 14 millioner år siden, som målt ved skader på
meteoritten fra kosmisk stråling. Vi ved også, at den har
befundet sig i Antarktis i omkring 13.000 år, som målt ved
henfaldet af radioaktive grundstoffer produceret i løbet af
meteorittens tid i rummet. Derfor indikerer carbon-14 vidnesbyrdene, at det
organiske materiale må have forurenet meteoritten efter den ankom
på Jorden.
Holdet bemærkede, at en lille fraktion af det
totale carbon i ALH84001 forbrændte ved
temperaturer mellem organisk og uorganisk carbon og
det er stadig uklart om denne fraktion var organisk eller uorganisk. Denne
mellemfraktion indeholdt ikke carbon-14, hvilket indikerer, at den var udenjordisk.
Vi forstår ikke kilden til alt det organiske
materiale i ALH84001 fuldstændigt. Imidlertid gør de nyligt
offentliggjorte studier det klart, at de fleste organiske stoffer i denne
meteorit snarere er jordiske forureninger end rester af liv på Mars.
Hvis der er noget marsisk organisk carbon i ALH84001, vil det sandsynligvis være meget
vanskeligt at isolere fra forureningerne og endnu mere vanskeligt at
identificere utvetydigt som udenjordisk. Det kan
være, at vi aldrig helt finder oprindelsen til alt det organiske materiale
i ALH84001, men den enkleste og mest plausible forklaring på det, vi
har observeret, forbliver forurening fra det antarktiske miljø.
Fra The Mars Rock:
Some of Its Chemistry is from Earth, The Planetary Report, Maj/Juni 1998, pp.9-10.
Jordiske
forureninger udelukker ikke Mars liv
David
S. McKay, Everett K.
Gibson og Kathie L. Thomas-Keprta****
Bada og Jull afhandlingerne er yderst interessante og giver os
yderligere indsigt i denne marsiske meteorits
historie, men de afkræfter ikke vor originale hypotese, at ALH84001
indeholder mulige vidnesbyrd om tidligt liv på Mars.
For det første kan aminosyrerne, detekteret af
Bada og kolleger, meget vel være forurening
fra Antarktis. Imidlertid beviser den kendsgerning, at de er venstre-håndede molekyler, ikke, at de er fra
Jorden og ikke Mars; marsiske organismer kan have
produceret venstre-håndede aminosyrer lig
dem, der produceres af jordiske organismer.
PAH'er som biomarkører
Det er et vigtigt punkt, at vor gruppe analyserede for polycyklisk
aromatisk hydrocarbon (PAH), ikke aminosyrer. Det
er blevet vist, at PAH'er er et naturligt
henfaldsprodukt af døde organismer på Jorden, så de er
ligeså meget biomarkører som aminosyrer; begge typer organiske
molekyler kan dannes enten ved ikke-biologiske processer eller biologiske
processer. Endvidere viser omfattende afprøvning af Stanford University medlemmerne af vort oprindelige hold, at PAH
niveauer i antarktisk is og i andre slags meteoritter fra Antarktis er meget
lavere end PAH niveauerne i ALH84001.
Desuden er PAH'er meget
mindre vandopløselige end aminosyrer, så det er mindre
sandsynligt, at PAH'er transporteres ved
bevægelse af smeltevand. Det er ikke underligt, at størstedelen
af meteoritten indeholder opløselige komponenter fra antarktisk
smeltevand; det er endda sandsynligt, at denne meteorit i løbet af den
antarktiske sommer har ligget i blød i en smeltevandspøl.
Imidlertid har omhyggeligt arbejde af George Flynn på State University of New York, Plattsburgh,
ved brug af instrumenter på Brookhaven
National Laboratory, ført til opdagelsen af, at klor til brom
forholdet i karbonatkuglerne og deres kanter var omkring 10.000 til 1,
hvilket er næsten 100 gange forholdet i antarktisk is. Disse resultater
antyder, at karbonatkuglerne ikke er blevet forurenet af betydning af
opløselige klor eller brom salte, medens de har været i
Antarktis. Ellers burde forholdene være de samme som i isen.
Kilden til PAH'erne
forbliver et mysterium og vor oprindelige tolkning, at de er uløseligt
forbundet med meteoritten og kommer fra Mars, forbliver gyldig. Vi
understreger også, at vort oprindelige arbejde koncentrerede sig om
karbonatkuglerne, som ubestrideligt blev dannet på Mars. Bada gruppen analyserede stumper af meteoritten og
søgte ikke at udskille karbonatkuglerne. Som konsekvens heraf er det
ikke klart, om deres aminosyrer hovedsagelig er forurening nær
overfladen eller om de også er tilstede i
eller på karbonatkuglerne. Vi fandt, at PAH'erne
var mest udbredte på overflader, der var rige på karbonatkugler
og var næsten fraværende på den ydre skal.
Tilstedeværelsen af carbon-14, som diskuteret i afhandlingen af Jull og kolleger, demonstrerer klart, at en betydelig del
af det organiske carbon i meteoritten er jordisk
forurening. Faktisk indeholder enhver antarktisk meteorit, der nogensinde er
analyseret, noget carbon-14, som er optaget i ismarkerne.
Mange har sekundære mineraler, inkluderende karbonater, som tydeligt
dannedes i Antarktika.
I de syreresistante rester
af Mars meteoritten fandt Jull holdet imidlertid en
carbonrig mystisk komponent, som ikke indeholdt
carbon-14 og derfor ikke var en jordisk forurener. Endvidere viste denne
mystiske komponent en interessant kombination af egenskaber: den havde et
carbon-12 til carbon-13 forhold, som er karakteristisk for organisk carbon lavet af organismer på Jorden, men var
samtidigt relativt modstandsdygtig over for varme, da den først
forbrændte ved 450 grader Celsius eller højere temperaturer.
Dens carbon-12 til carbon-13 forhold var temmelig forskelligt fra det, de
masiske karbonater i meteoritten havde. Selv om denne mystiske komponent
højst udgjorde 20 procent af det totale organiske carbon,
giver dens bevisligt udenjordiske oprindelse og
dens lighed med biologisk produceret organisk carbon
på Jorden faktisk ny støtte til vor hypotese. Inkluderer dette carbonrige materiale de PAH'er,
der oprindeligt blev fundet af os? Blev dette carbonrige
materiale produceret ved henfald af marsiske
organismer? Endnu har ingen disse svar.
Vi er enige i, at dette er en yderst kompleks klippe
med en kompliceret historie. Naturen er ikke altid enkel. Det bør
imidlertid ikke afholde os eller andre fra at prøve at udrede de sande
marsiske egenskaber fra jordisk forurening.
Tilstedeværelsen af betydelig antarktisk forurening gør det
vanskeligere, men ikke umuligt, at bestemme, hvorvidt denne klippe indeholder
marsiske biomarkører.
Opsummering: Ingen af disse afhandlinger forringer
vore oprindelige data eller gør vor hypotese ugyldig; de gør
kun fortællingen mere kompleks og udfordrende. Det endelige svar
må måske vente til returneringen af Mars prøver. Indtil da
hævder vi, at studiet af Mars meteoritter vil fortsætte med at
give vigtige spor om den mulige tidlige tilstedeværelse af liv på
Mars.
Fra Earthly
Contaminants Don't Rule Out Martian Life, The Planetary Report, Maj/Juni 1998, pp.10-11.
* Bruce Jakoski er professor i
geologi på University of Colorado i Boulder.
Han er forsker på Mars Global Surveyor
rumskibet og har udført forskning i marsoverfladens evolution og Mars'
atmosfære. The
Search for Life on Other Planets, Cambridge University Press, 1998.
**Michael Yarus er professor i
molekylær-, celle- og udviklingsbiologi på University
of Colorado i Boulder.
*** Gene McDonald, som har
bidraget til en af de Science artikler, der beskrives her, er forsker
ved Astrobiology Group på Jet Propulsion Laboratory.
****David S. McKay og Everett K. Gibson fra NASA Johnson Space Center, Houston,
og Kathie L. Thomas-Keprta
fra Lockheed Martin Corporation, Houston er medlemmer af det hold, hvis 1996
artikel i Science identificerede vidnesbyrdene for tidligt Mars liv
indeholdt i ALH84001.
o.a.: ...planetesimalteorien den antagelse, at planeterne er dannet ved samling
af en mængde småpartikler (planetesimaler), som før
dannede en urtåge;...
13. juni, 2001.
Indhold
Mars: Den rustne planet :Én
sti: Hvor er de?
Livets stof: Hvorfor vand?
Livets stof: Skal livet være baseret på
kulstof?
Livets vidtstrakte råmaterialer
Europa: En iskugle
Titan: Den maskerede måne
Er det Stærke Antropiske
Princip for svagt?
Det levende univers: Genvurdering af Drake
ligningen
Index
|