Oksidējoša reaģenta atklājums ļauj pārskatīt Marsa misijas "Viking" rezultātus: uz planētas tomēr varētu būt dzīvība

Detaļas: Publicēts 10 Janvāris 2011; Autors Aliens.lv

Viens no galvenajiem XX gs. 70.gados īstenotās ASV NASA Marsa programmas "Vikings" uzdevumiem bija dzīvības liecību meklējumi uz Sarkanās planētas.
1976.gadā uz Marsa nosēdās divas zondes, kuras, līdz ar citiem eksperimentiem veica augsnes pārbaudes, mēģinot atrast organisku, uz oglekļa bāzes veidotu vielu pēdas. Rezultāti bija negatīvi, taču tagad, 2008.g. Marsa augsnē atklātā stipri oksidējošā perhlorāta sāls kontekstā, tie ir pārskatīti un nu zinātnieki domā, ka uz planētas virsmas tomēr varētu būt atrodamas mikrobu dzīvības formas.

Zondes "Vikings 1" un "Vikings 2" paņēma dažādu, tūkstošiem kilometru savrupu Marsa apvidu augsnes paraugus, kuri uz aparātiem esošajās minilaboratorijās tika sakarsēti līdz organisko vielu iztvaikošanas temperatūrai un iegūtās gāzes analizētas ar gāzu hromatogrāfu un masas spektometru (GHMS). Iznākumā ieguva datus tikai par divu organisku vielu, vienkāršu hlora savienojumu - hlormetāna un dihlormetāna - klātbūtni paraugos. Šādi rezultāti nebija gaidīti - pēc astrobiologu domām, Marsa augsnē vajadzēja būt atrodamām dažādām oglekļa bāzes (t.i. organiskām) vielām, to salikumiem. Oficiālajā "Viking" misijas bioloģijas komandas gala slēdzienā GHMS testos atrastos hlorīdus izskaidroja ar zondes piesārņojumu, kas radies no aparātu pirmsizlidošanas apstrādē izmantotajiem dezinfekcijas līdzekļiem.

Tomēr iegūtie rezultāti nebija nepārprotami, tie uzdeva daudz vairāk jautājumu nekā sniedza atbilžu un līdz pat šai dienai zinātnieku aprindās nav vienprātības par "Viking" analīžu interpretāciju. Vispirms jau izvirzījās jautājums, kur palikušas uz Marsa nešaubāmi nokritušo asteroīdu un meteorītu atnestās organiskās vielas? Otrkārt - un varbūt pat pirmkārt - nebija saprotams, kā skaidrot pārējo divu, pozitīvu (pareizāk gan, sakot, daļēji pozitīvu) atbildi devušo bioloģisko eksperimentu rezultātus. Tie bija pirolītiskās izdalīšanas (pyrolytic release) un iezīmētās izdalīšanas (labeled release) eksperimenti.

Pirolītiskās izdalīšanas eksperimentā pārbaudīja Marsa augsnē, iespējams, dzīvojošo mikroorganismu spēju absorbēt planētas atmosfēras gāzes - oglekļa monoksīdu un oglekļa dioksīdu - metabolisma procesu nodrošināšanai nepieciešamo organisko vielu sintēzei. Šim nolūkam Marsa augsni ievietoja kamerā ar mākslīgu minēto divu gāzu maisījumu, kuras bija iegūtas, izmantojot radioaktīvo oglekļa izotopu 14C. Pēc 120 h inkubācijas ksenona lampas apgaismojumā augsni sakarsēja līdz 650 grādu temperatūrai pēc Celsija skalas un izmērīja 14C daudzumu gāzu maisījumā. Ja Marsa mikroorganismi ar fotosintēzes procesa palīdzību būtu izmantojuši oglekli biomasas veidošanai, līdzīgi, kā to dara, piemēram, cianobaktērijas uz Zemes, tad to varētu noteikt ar "Viking" laboratorijas radiometru. Gadījumā, ja rezultāts būtu pozitīvs, kā arī izrādījās, tad bija paredzēts veikt kontroles eksperimentu, kurā identisks augsnes paraugs pirms inkubācijas tiktu "sterilizēts", to 3 stundas pakļaujot 160C grādu temperatūras iedarbībai. Ja oglekļa fiksācija būtu notikusi abiotiskas, ķīmiskas reakcijas ietvaros, tad "sterilizētā" parauga rezultāti atbilstu pirmajiem. Tomēr tā nebija - uzkarsētās augsnes paraugs uzrādīja ļoti mazu, taču nosakāmu oglekļa fiksāciju, pieļaujot neviennozīmīgu rezultātu interpretāciju.

Iezīmētās izdalīšanas eksperimentā testa kamerā ievietotā Marsa augsnē ievadīja ar, domājams, pirmatnējā Zemes okeānā sastopamām, eksperimenta vajadzībām ar 14C iezīmētām barības vielām (formiāts, glikolāts, glicīns, D-alanīns, L-alanīns, D-laktāts, and L-laktāts) bagātinātu destilēta ūdens devu un tad ar Geigera skaitītāju pārbaudīja gaisu (resp. - Marsa atmosfēras gāzu maisījumu) virs parauga, mēģinot noteikt radioaktīva 14CO2 izdalīšanos, kam būtu jāparādās, ja augsnē atrastos mikroorganismi, kuri kādu no piedāvātajām barības vielām izmantotu metaboliskās reakcijās. Atzīmējams, ka gāze sāka izdalīties gandrīz tūlīt pēc eksperimenta sākuma. Pozitīva rezultāta gadījumā bija paredzēts tāds pats kontroles eksperiments kā pirolītiskās izdalīšanas eksperimentā. To veicot, gāze praktiski neizdalījās. Tomēr, izdarot eksperimentu atkārtoti, ar svaiga parauga izmantošanu, gāzes izdalīšanās bija minimāla. Tādējādi arī iezīmētās izdalīšanas eksperiments nedeva pārliecinošu liecību par mikroorganismu klātbūtni Marsa augsnē.

Trešais bioloģiskais eksperiments, kurā pētnieki centās novērot gāzu izdalīšanos ar ūdens un barības vielu maisījumu bagātinātā Marsa augsnē pie inertas hēlija gāzes klātbūtnes deva negatīvu rezultātu.

Izsverot visus par un pret, NASA zinātnieku slēdziens par eksperimentos novērotajām reakcijām bija tāds, ka tās izraisīja reaktīva, oksidējoša neorganisku uz planētas virsmas esošu aģentu ķīmija nevis bioķīmiski metaboliski procesi. Izšķirošā nozīme šāda slēdziena pieņemšanā bija tieši GHMS negatīvais rezultāts.

35 gadu laikā, kas pagājuši kopš "Viking" eksperimentiem, publicēti daudzi pētījumi, kuru autori gan sliecās noliegt, gan apstiprināt bioloģisko vai ķīmisko Marsa augsnes analīžu interpretāciju. Tomēr neviens no tiem, šķiet, nav tik nozīmīgs, kā izdevumā Journal of Geophysical Research 2010.g. 15.decembrī publicētais raksts "Reanalysis of the Viking results suggests perchlorate and organics at midlatitudes on Mars."

Raksta autori, Mehiko Ciudad Universitaria kodolfiziķi, pievērsa uzmanību kosmiskās zondes "Phoenix" 2008. g. izdarītajam atklājumam, kad šis aparāts Marsa polārajā apvidū paņemtā augsnes paraugā atklāja perhlorātu klātbūtnei. Perhlorāti ir stipri oksidējoši perhlorskābes sāļi, kas zemā temperatūrā parasti ir inaktīvi, bet uzkarsēti aizdegas, īpaši reaktīvi (pat eksplozīvi) kļūstot savienojumā ar organiskām vielām. Lai noskaidrotu, kā perhlorātu klātbūtne varētu ietekmēt "Viking" eksperimentus uz Marsa, meksikāņu zinātnieki, sadarbībā ar NASA zinātnes nodaļas speciālistiem nolēma pārbaudīt ar GHMS metodi Atakamas tuksneša augsni Čīlē. Šis tuksnesis tiek uzskatīts par Marsa apstākļiem vistuvāko vietu uz zemes. Pētnieki paņēma Atakamas tuksneša augsnes paraugu, kas saturēja 32 ± 6 daļas uz miljonu (dum) organisko oglekli, samaisīja to ar 1 masas % magnēzija perhlorātu un iegūto substanci uzkarsēja līdz 500oC. Rezultātā gandrīz visas organiskās vielas reducējās ūdenī un oglekļa dioksīdā, bet neliela daļa hlorējās, sintezējot 1.6 dum hlormetānu un 0.02 dum dihlormetānu - tieši tās vielas, kuras konstatēja "Viking" zondes, bet tika izskaidrotas ar iepriekšēju laboratorijas piesārņojumu.

Izmantojot eksperimetāli iegūtos datus, zinātnieki izveidoja ķīmiskās kinētikas modeli, kas ļāva noteikt "Viking" karsējamā kamerā notikušo organisko vielu oksidācijas un hlorinācijas līmeni. Saskaņā ar šiem aprēķiniem, "Viking1" zondes paraugos bija ≤0.1% perhlorāta un 1.5–6.5 dum organiskā oglekļa, bet "Viking2" paraugos ≤0.1% perhlorāta un 0.7–2.6 dum organiskā oglekļa.

Meksikāņu zinātnieku pētījums, protams, nepierāda dzīvības esamību uz Marsa. Tomēr tas pierāda, gan to, ka uz Marsa virsmas visdrīzāk ir dažādas organiskās vielas, kas varētu būt dzīvu būtņu sastāvdaļas vai metabolisma produkti, gan arī to, ka kosmosa pētniecībā pirmie secinājumi ne vienmēr izrādās pareizi. Šajā ziņā ļoti interesanta būs jaunā NASA Marsa misija, kuras ietvaros šī gada novembrī plānots palaist un 2012.g. nosēdināt uz planētas līdz šim lielāko un, protams, mūsdienīgāko zinātnisko laboratoriju - visurgājēju, kuras galvenais uzdevums būs pagātnē bijušu vai joprojām esošu dzīvības formu meklējumi Marsa iežos. Kā norāda New York Times, šajā laboratorijā būs aprīkojums, ar kura palīdzību varēs no paņemtā parauga vispirms atdalīt perhlorātus un tikai tad pārbaudīt vai tajos atrodas organiskās vielas.

Attēlā: "Viking 1" nosēšanās uz Marsa 1976.g. 20. jūlijā mākslinieka skatījumā. Avots.

Vairāk par "Viking" programmu.

Avoti un literatūra:

http://www.agu.org/pubs/crossref/2010/2010JE003599.shtml

http://www.nasa.gov/mission_pages/phoenix/news/phx20100803.html

http://www.astrobio.net/index.php?option=com_retrospection&task=detail&id=3724

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/V/VikingGCMS.html

http://pages.towson.edu/rsours/docs/310/mars%20gc-ms.pdf

http://www.spacedaily.com/news/mars-life-00i.html

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1965509/

http://planetsci.uwo.ca/PS%20Seminar/PS%20Seminar/Papers/Atreya_et_al._2006.pdf

http://www.springerlink.com/content/q166k76285723756/