Эксперименты NASA показали, что для обнаружения признаков древней жизни на Марсе марсоходы должны брать пробы грунта на глубине не менее двух метров. На меньших глубинах ионизирующее космическое излучение за короткий срок уничтожит органические молекулы небольшого размера, в частности, аминокислоты и другие биомаркеры. В настоящее время марсоходы умеют забуриваться в грунт и брать образцы пород на глубинах до 5—10 сантиметров.
Аминокислоты рассматриваются как основа жизни в знакомом нам виде. Они могут синтезироваться и в процессе развития жизни, и посредством небиологических химических процессов. Также они достаточно часто встречаются в углеродистых метеоритах. Более того, одно из примечательных недавних открытий — обнаружение аминокислот в доставленных на Землю образцах астероидов, в частности, образцах с околоземного астероида Рюгу, которые в 2020 году доставил японский аппарат Hayabusa 2 (мы писали об этом). Если бы на Марсе удалось найти некоторые виды аминокислот (пока их не нашли), это рассматривали бы как веский аргумент в пользу наличия древней жизни, потому что такие вещества на Земле участвуют в построении белков. В свою очередь белки — ключевой компонент жизни: они образуют цитоскелет, являются ключевым компонентом внутриклеточных сигнальных путей и механизмов межклеточной коммуникации, участвуют в построении ферментов (энзимов) — белковых соединений, ускоряющих и контролирующих химические реакции, etc. Поэтому такой класс органических соединений — одна из перспективных целей текущих и будущих марсианских проектов, нацеленных на поиск древней жизни.
Вне зависимости от происхождения аминокислот и других органических молекул в космическом пространстве и на поверхности планет без дополнительной защиты они подвергаются разложению под действием прежде всего излучения и космических частиц. Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, в основном протоны и ядра гелия, которые образуются в результате катастрофических событий на Солнце или в глубоком космосе — в частности, во время солнечных вспышек или при взрывах звёзд. И космические лучи (заряженные массивные частицы), и ионизирующее излучение (гамма-лучи) могут разрушать органические молекулы, проникая на глубины до нескольких метров в грунт и ионизируя и разрушая любой материал на своём пути. На Земле от воздействия космического излучения предохраняет плотная атмосфера и магнитное поле. Марс в ранней геологической истории, похоже, обладал такой же защитой, но впоследствии растерял её. Однако мы достаточно уверенно знаем, что эта защита была настолько сильной, что на Марсе существовала жидкая вода — существенное условия для жизни в знакомом нам виде. Поскольку пока что марсоходам для анализа доступен только материал с поверхности или небольшой глубины, этот фактор нужно учитывать: сложные органические молекулы могут за время пребывания на поверхности исчезнуть вообще или претерпеть серьёзные изменения. Поэтому неплохо бы убедиться, что мы в принципе ищем не впустую. Экспериментаторы из Центра космических полётов Годдарда NASA попытались понять, с какой скоростью могла деградировать марсианская органика в виде аминокислот (если они там были) под действием излучения, находясь на поверхности или на небольшой глубине.
В лабораторных экспериментах несколько типов аминокислот смешивали с кремнезёмом, гидратированным кремнезёмом и со смесью кремнезёма и перхлората — таким образом имитировали условия, в которых органика может находиться в марсианском грунте. Образцы затем запечатали в герметичных контейнерах с откачанным воздухом: образцы находились под давление, типичным для марсианской атмосферы. Часть образцов хранили при комнатной температуре — это как раз самые тёплые условия на Марсе (марсианское лето на экваторе), другая часть, наоборот, подвергалась воздействию температуры −55°C — это более типичные температуры на планете. Образцы подвергали воздействию разных доз гамма-излучения. По расчётам, такие дозы должны имитировать воздействие космического излучения на марсианской поверхности на протяжении разного времени (до 80 миллионов лет). Статья по результатам экспериментов по [TBS_POPOVER placement=»top» title=»Радиолиз» content=»Разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений.» style=»border: 1px solid #ddd; padding: 3px;»]радиолизу[/TBS_POPOVER] аминокислот в «марсианских» условиях вышла в конце июня 2022 года в Astrobiology.
Эксперимент — первая попытка смешать аминокислоты с веществами, характерными для марсианского грунта. Это ещё не полноценная реплика грунта (такие смеси, имитирующие марсианский и лунный грунт, действительно выпускаются и используются во многих лабораториях). В предыдущих экспериментах изучалось влияние излучения на аминокислоты в чистом виде. Но вряд ли значительный кластер из молекул аминокислоты сохранится на породе возрастом миллиарды лет. Следующий логичный шаг — изучить, как на радиолиз органических соединений влияют отдельные ключевые компоненты грунта, чем и озаботились исследователи. Результаты показывают, что добавление силикатов, особенно силикатов в смеси с перхлоратами (предположительно — типичные среды в поверхностных слоях Марса), значительно увеличивает скорость разложения аминокислот.
Аминокислоты на поверхности марсианских пород и реголита разрушаются под действием космических лучей значительно быстрее, чем считалось раньше. Марсоходы сегодня копают грунт на глубину до пяти сантиметров. На таких глубинах 20-ти миллионов лет достаточно для полного разрушения аминокислот. Добавление воды и перхлоратов ещё больше увеличивает скорость разложения. По геологическим меркам 20 миллионов лет — это очень мало для эволюции сложных форм жизни даже на Земле. А на Марсе речь идёт о поисках остатков жизни, которая могла существовать миллиарды лет назад, когда Марс был больше похож на Землю.
Результаты указывают на то, что поисковую стратегию будущих марсоходов нужно скорректировать. Если тот или иной будущий марсоход не сможет позволить себе глубокое бурение, то образцы для поисков жизни придётся выбирать только в обнажениях горных пород, образовавшихся недавно. Например, это могут быть недавние микрократеры возрастом не больше 10 миллионов лет; также это может быть материал, выброшенный на поверхность из таких кратеров. Защита достаточно толстым слоем реголита необходима как для сохранения следов древней жизни, так и (ожидаемо) для организации полноценной обитаемой базы. В недавнем «парном» исследовании как раз изучался вопрос, насколько глубоко под поверхностью Марса жители такой базы будут достаточно защищены от радиации — об этом можно почитать в нашем июньском материале.
Хотя найти на Марсе аминокислоты ещё не удалось, их находят в составе метеоритов, в том числе в метеорите марсианского происхождения. Так в метеорите из Антарктиды RBT 04262 идентифицировали несколько аминокислот с открытыми цепями. С достаточной долей уверенности установлено, что метеорит прилетел с Марса, но механизм формирования аминокислот в нём пока неясный. Марсианские метеориты выбиваются с глубин один метр и больше, поэтому возможно, что аминокислоты в метеорите RBT 04262 оказались защищены от космического излучения.
Марсоходы Curiosity и Perseverance уже обнаружили на Марсе следы органического вещества. Находки пока нельзя считать доказательством обнаружения жизни, поскольку вещество могло образоваться в химических реакциях небиологического происхождения. Также результаты эксперимента показывают, что найденный материал, скорее всего, претерпел существенные изменения за время нахождения на поверхности, и вряд ли при образовании он был таким же, как и в момент обнаружения.