В 1976 году два посадочных аппарата «Викинг» стали первыми американскими аппаратами с Земли, которые сели на Марс. Они сделали первые высококачественные снимки планеты, изучили географические особенности планеты и проанализировали геологический состав атмосферы и поверхности. Но самое интересное, что они также провели эксперименты в поисках микробной жизни в марсианской почве.
В целом эти эксперименты по обнаружению жизни произвели неожиданные и противоречивые результаты. Один из экспериментов — Labeled Release (LR) — показал, что марсианский грунт дает положительный результат на метаболизм — на Земле из этого почти наверняка предположили бы наличие жизни. Но никаких следов органического материала обнаружено не было, а значит и жизни. Откуда мог взяться метаболизм, если не было никакой органики?
С момента проведения этих экспериментов прошло сорок лет, но ученые до сих пор не могут сойтись во мнении. Общий консенсус состоит в том, что посадочные модули «Викинг» не нашли убедительных доказательств жизни на Марсе. Тем не менее небольшая группа ученых утверждает, что результаты «Викинга» говорят в пользу жизни на Марсе.
Одним из видных сторонников этой точки зрения является Гилберт Левин, проводивший эксперимент LR. Поначалу Левин считал результаты LR неясными и утверждал, что результаты согласуются с биологией. Но в 1997 году, после множества дальнейших экспериментов на Земле и вместе с новыми открытиями на Марсе, а также обнаружения микроорганизмов, живущих на Земле в условиях, похожих на марсианские, он и его коллега Патрисия Страат утверждают, что марсианские результаты лучше всего объясняются живыми организмами.Не так давно Левин и Страат опубликовали большую статью в журнале Astrobiology, в которой пересмотрели результаты эксперимента LR «Викинга» в свете последних находок на Марсе и недавних предположений, что неорганические вещества могут имитировать наблюдаемые метаболические процессы. Они заявили, что ни один из предложенных процессов неживых веществ не объясняет результаты «Викинга», и марсианские микробы по-прежнему остаются лучшим объяснением результатов.
Как был устроен эксперимент Labeled Release
В ходе эксперимента LR оба аппарата «Викинг-1» и «Викинг-2» собрали образцы марсианского грунта, ввели в них каплю разбавленного раствора питательных веществ, а затем наблюдали за воздухом над почвой, ожидая увидеть признаки метаболических побочных продуктов. Поскольку питательные вещества были помечены радиоактивным углеродом-14, если микроорганизмы в почве метаболизировали питательные вещества, они должны были произвести радиоактивные побочные продукты вроде радиоактивного диоксида углерода или метана.
Перед запуском космических аппаратов ученые проверили экспериментальный протокол самых разнообразных земных почв в неблагоприятных для жизни местах, от Долины Смерти до Антарктиды. В каждом случае эксперименты давали положительный результат, находили жизнь. Затем, в качестве контроля, ученые нагревали образцы до 160 градусов по Цельсию, чтобы убить все формы жизни, и снова проверяли. В каждом случае эксперименты давали теперь отрицательный результат. Чтобы подтвердить, что экспериментальная процедура не даст ложно-положительный результат, ученые проверяли ее на стерильной почве. Лунный грунт и вулканическая почва с острова Суртсей, как и ожидалось, дали отрицательный результат.
Кроме того, казалось, что источник метаболизма был относительно хрупким, поскольку метаболическая активность значительно снижалась при нагревании образца до 50 градусов и полностью отсутствовала при хранении почвы в темноте на протяжении двух месяцев при температуре в 10 градусов. Левин и Страат считают, что эти результаты уверенно говорят о том, что в марсианской почве была жизнь.
Небиологические кандидаты
С тех пор, как были проведены эксперименты, ученые занимались поиском других видов небиологических химических веществ, которые могли бы произвести идентичные результаты.
В своей новой работе Левин и Страат рассматривают некоторые из этих предложений. Один из возможных кандидатов — это формиат, компонент муравьиной кислоты, встречающийся на Земле в природных условиях. В 2003 году эксперимент по типу LR показал, что формиат в образце почвы из пустыни Атакама в Южной Америке дал положительный результат, несмотря на то что почва там не содержит никаких микроорганизмов. Тем не менее в этом исследовании не проводился стерильный контроль, а концентрация формиата в пустыне Атакама, вероятно, намного выше, чем на Марсе.
Другой потенциальный кандидат — это перхлорат или один из продуктов его распада. В 2009 году миссия Phoenix на Марсе обнаружила перхлораты в марсианской почве. Хотя перхлораты могли бы дать положительный результат, поскольку производят газ при взаимодействии с некоторыми аминокислотами, они не разрушаются при температуре 160 градусов и будут давать положительные результаты даже после стерильного контроля.
Исследование от 2013 года позволило предположить, что космические лучи и солнечное излучение может приводить к тому, что перхлораты распадаются на гипохлорит, который должен давать положительный результат и, в отличие от перхлоратов, разрушается при нагревании до 160 градусов. По этим причинам гипохлорит является лучшим кандидатом, объясняющим результаты LR.
Тем не менее Левин и Страат пишут, что гипохлорит не испытывали при температуре 50 градусов (при которой активность марсианской почвы значительно снижалась) или после длительного хранения в темноте (что произвело отрицательный результат для марсианских образцов). Таким образом, на данный момент ни один небиологический агент не удовлетворил все результаты LR.Сегодня ученые знают гораздо больше о Марсе, чем 40 лет назад. Одно из самых больших открытий случилось в 2014 году, когда лаборатория марсохода «Кьюриосити» впервые обнаружила органические молекулы на Марсе.
За последние два года лаборатория SAM обнаружила метан, хлорированные углеводороды и другие органические молекулы. Ученые подозревают, что эти органические вещества могли сформироваться на Марсе или быть занесенными туда с помощью метеоритов.
Открытие органического вещества на Марсе поднимает вопрос о том, почему эксперимент «Викинга» не обнаружил органическую материю в 1976 году. Как объясняет Левин, есть несколько возможных причин, объясняющих отрицательные результаты «Викинга».
«Мы давно указывали на проблему с газовым хромато-масс-спектрометром «Викинга» (хромас), говорит Левин. «Даже его экспериментатор доктор Клаус Биман часто подчеркивал, что хромас не был экспериментом по обнаружению жизни. Ему нужен был минимум один миллион микробных клеток, чтобы найти какую-либо органическую материю. В дополнение к этому инструмент часто подводил во время испытаний на Земле. Позже было заявлено, что перхлорат в почве уничтожил органическую материю. Тем не менее я с осторожностью отношусь к этому заявлению, поскольку нет никаких свидетельств перхлората в местах высадки «Викингов».
В свете последних выводов, Левин и Страат считают, что важно пересмотреть результаты LR как имеющие биологическое происхождение. Другие ученые, поддерживающие эту точку зрения, предполагали, что марсианская жизнь могла принять форму метаногенов (микроорганизмов, производящих метан в качестве побочного продукта), галофилов (которые могут выдерживать высокие концентрации соли, умеренную радиацию и низкое содержание кислорода) или «криптобиотических» микроорганизмов, которые остаются в спячке до активации, например, с помощью питательного раствора, который был в эксперименте LR.
Проблемы публикации
Опубликовать работу о жизни на Марсе — это, конечно, не то, что опубликовать какое-нибудь типичное исследование. На протяжении многих лет, исследования Левина включали низкокалорийные подсластители, фармацевтические препараты, безопасные пестициды, а также процессы очистки сточных вод, среди прочего. Потребовалось порядка 20 лет, чтобы Левин и Страат опубликовали документ на тему пересмотра результатов эксперимента LR «Викинга».
«С тех пор, как я впервые пришел к выводу, что LR нашел жизнь (в 1997 году), крупные журналы отказывались принимать наши публикации», рассказал Левин Phys.org. «Я и мой соэкспериментатор, доктор Патрисия Энн Страат, публиковались в основном в разделе астробиологии в SPIE Proceedings после показа работы на ежегодных конвенциях SPIE. На заседании Канадского космического агентства я встретил доктора Шерри Кэди, редактора Astrobiology. Она предложила мне представить документ для экспертной оценки. Я это сделал, и его сразу же отвергли. Вместе с Пэт мы решили подготовить работу, которая выдержит максимальную научную критику. Потребовались годы бесчисленных пересмотров и внесений правок в ответ на мириады замечаний рецензентов, но мы упорно шли к своей цели. Мы думаем, что та публикация была так тщательно вылизана, что к ней уже невозможно придраться».
Что дальше?
Левин и Страат думают, что допущение наличия жизни на Марсе может серьезно повлиять будущие исследования.
«Кажется разумным, что научное сообщество поддерживает биологию в качестве подходящего объяснения экспериментальным результатам LR», пишут ученые. «Кажется неизбежным, что астронавты однажды будут исследовать Марс. Ради их здоровья и безопасности, биологию стоит считать основным возможным объяснением результатов LR».
Левин и Страат предполагают, что тщательно разработанные эксперименты могут помочь ответить на вопрос о существовании жизни на Марсе. В частности, эксперименты LR-типа могут ответить на вопросы биологического или химического происхождения метаболизма. Также важно продолжать поиск органических молекул вроде аминокислот, простых углеводородов, липидов, белков и ДНК. Дальнейшие эксперименты могут позволить изучить марсианскую почву под микроскопом.
И все же все будущие эксперименты будут иметь неизбежный недостаток: возможное загрязнение, оставленное предыдущими спускаемыми аппаратами. В этом плане у «Викингов» была уникальная возможность исследовать девственно чистый Марс.
|