Gyvybės Marse beieškant: paženklintų dujų išsiskyrimo eksperimentas

Šį darbą Linas Markevičius parašė 2021 m. mokslo populiarinimo konkursui. Jei turite panašių darbų, kuriuos norite publikuoti šiame puslapyje, rašykite [email protected]!

Linas Markevičius

2021 m. vasario 18 d. Marse sėkmingai nusileido NASA „Mars 2020“ misijos marsaeigis. Apsiginklavęs devyniolika kamerų, dviem mikrofonais ir pagalbiniu sraigtasparniu – dronu „Ingenuity“, marsaeigis, be kitos veiklos, Raudonojoje planetoje ieškos gyvų ar išnykusių mikroorganizmų egzistavimo ženklų. Pagalvokime, kaip tai įspūdinga. Šiuo metu, skaitant šį straipsnį, už šimtų milijonų kilometrų kosminės erdvės, nesvetingoje, beveik neištirtoje Marso planetoje važinėja marsaeigis „Perseverance“. Gali būti, kad jau tik mėnesių klausimas, kol jis atras Marso gyvybės ženklus. Bet jis nėra pirmasis ieškojęs.

Paženklintų dujų išsiskyrimo eksperimentas

Carl Sagan šalia „Viking 1“ modelio. Šaltinis: Wikimedia Commons

1976 m. Marso paviršių pasiekė NASA „Viking“ programos „Viking 1“ ir „Viking 2“ nusileidimo moduliai. Jie atgabeno prietaisus keturių eksperimentų vykdymui. Vienas jų buvo skirtas nustatyti, ar Marse yra organinių junginių. Trys buvo skirti nustatyti, ar Marse egzistuoja gyvybė. Vienas iš tų trijų buvo paženklintų dujų išsiskyrimo (ang. labeled release) eksperimentas.

NASA inžinieriaus Dr. Gilbert V. Levin ir NASA biochemikės Dr. Patricia Ann Straat sukurto bandymo esmė buvo paprasta. Į specialią talpą su Marso atmosfera ir Marso temperatūra, keičiama pagal Marso dienos – nakties ciklą, įdedama Marso grunto, kuris tuomet sudrėkinamas maistinguoju tirpalu, pažymėtu radioaktyviu anglies izotopu 14C. Maistingąjį tirpalą sudaro mišinys molekulių, vartojamų Žemės bakterijų, ir medžiagų, kuriomis spėjama galėtų misti Marso bakterijos, atsižvelgiant į Marso atmosferos sudėtį ir didelį ultravioletinių spindulių kiekį. Virš grunto esančios dujos periodiškai tikrinamos. Jei randama anglies izotopo 14C, tai reikštų, kad grunte įvyko katabolizmas – gyvose ląstelėse vykstantis procesas, kurio metu maistinės medžiagos suskaidomos į paprastesnes dalis. Gyvose ląstelėse! Jei maistingasis tirpalas yra skaidomas gyvybės, radioaktyviųjų dujų turėtų vis daugėti, kol maistingasis tirpalas išsibaigs. Dujoms nustojus kauptis, į gruntą pridedama papildomai maistingojo tirpalo, siekiant patikrinti, ar 14C nustojo daugėti, nes buvo išsibaigęs tirpalas, ar paprasčiausiai cheminė reakcija sustojo dėl kitų priežasčių. Gyvybės atveju, dujos turėtų vėl išsiskyrinėti.

Jei rezultatas teigiamas, atliekamas kontrolinis eksperimentas. To paties grunto dalis atskirai tris valandas kaitinama 160 °C temperatūroje, kurioje turėtų žūti visos Žemėje žinomos bakterijos. Marso atveju, kur paviršiaus temperatūra daug žemesnė, jos irgi neturėtų būti prisitaikiusios išgyventi tokiame karštyje. Su iškaitintu ir vėl atvėsintu iki normalios Marso paviršiaus temperatūros gruntu eksperimentas kartojamas. Jei radioaktyviųjų dujų išsiskyrimo priežastis buvo Marso bakterijos, dabar jų turėtų būti nebelikę. Jei 14C vis dar išsiskiria, tai rodo, kad išsiskyrimo priežastis nėra gyvybė (Levin, 1976).

Eksperimentas buvo išbandytas Žemėje, naudojant grunto mėginius iš bent 15 skirtingų pasaulio vietų, net ir Antarktidos, ir veikė nepriekaištingai su įvairiomis bakterijų rūšimis ir net su labai mažais bakterijų grunte kiekiais.

Visa tai labai įdomu, išradingas mokslinis eksperimentas, praplėtėme akiratį, sužinojome, kaip veikia mokslas, kas daryta Marse. Bet, turbūt galvoja ne vienas, istorijos pabaigą žinome. Juk Marse gyvybė kol kas nerasta. O gaila – būtų taip įdomu, jei šio eksperimento rezultatai būtų buvę teigiami!

Mechaninė „Viking“ ranka mėginių ėmimui. Šaltinis: Wikimedia Commons

Eksperimento rezultatai buvo vienareikšmiškai teigiami. Buvo imti grunto mėginiai ir iš Saulės apšviesto paviršiaus, ir iš po akmens – siekiant patikrinti, ar nuolatinis apšvitinimas ultravioletiniais spinduliais negalėjo sukurti kažkokios cheminės reakcijos, duodančios panašius rezultatus, kaip duotų gyvybė. Gruntą buvo pamėginta pakaitinti ir tik iki 50 °C tikintis, kad tokia temperatūra sunaikins bent dalį bakterijų, tačiau nepakenks su gyvybe nesusijusiems junginiams. Iki 50 °C pakaitintame ir atvėsintame grunte dujų išsiskyrimas vis dar vyko, tačiau buvo labai stipriai sulėtėjęs – tarsi būtų likę nedaug bakterijų. Eksperimentas, pakartotas po dviejų mėnesių su visą tą laiką modulio dėžėje laikytu grunto mėginiu, davė neigiamus rezultatus. Dr. Gilbert Levin teigimu, joks žinomas chemikalas, galintis sukelti tokią cheminę reakciją, savaime nesuirtų per du mėnesius – bet bakterijos žūti gali. Abiejuose „Viking“ moduliuose vykdytas ir kartotas bandymas rodė, kad Marse egzistuoja gyvybė (Levin, 2014).

Oficiali NASA išvada – Marse gyvybė neaptikta.

Kas atsitiko?

Buvo pateiktos trys pagrindinės priežastys, kodėl gauti rezultatai nereiškia gyvybės Marse.

  • „Viking“ gabentas bandymas organikos paieškai organinių medžiagų nerado.
  • Kitų dviejų gyvybės aptikimui skirtų „Viking“ eksperimentų rezultatai buvo neigiami.
  • Marso paviršiuje nebuvo rasta skysto vandens pėdsakų.

Pasak alternatyvaus paaiškinimo, Marso paviršiuje dėl nuolatinių ultravioletinių spindulių poveikio tikriausiai susidarė labai stiprus oksidantas, kuris, reaguodamas su maistinguoju mišiniu, galėjo išskirti anglies dvideginį (CO2). Nors tai nepaaiškino fakto, kad eksperimentas buvo darytas ir su gruntu iš tamsios vietos, ir nors niekas laboratorijoje nepademonstravo tokių pačių eksperimento rezultatų be bakterijų, atsižvelgiant į išvardintas priežastis buvo manoma, kad toks paaiškinimas yra įtikinamesnis, nei gyvybė, ir tikėtasi, kad plečiantis žinioms apie Marsą, sužinosime tiksliau, kokia tai cheminė reakcija.

Kas toliau?

Nuo paženklintų dujų išsiskyrimo eksperimento Marse praėjo 45 metai. Iki pat „Mars 2020“ misijos, NASA į Marsą daugiau nebesiuntė nei vieno eksperimento gyvybės paieškai.

2008 m. Marso paviršiuje buvo atrastas cheminis junginys perchloratas – labai stipri oksiduojanti medžiaga. Vėlesni duomenys iš „Curiosity“ Marso misijos (2012-2013 m.) leidžia manyti, kad perchloratas yra paplitęs visoje planetoje. 2013 m. astrobiologui Richard Quinn pavyko eksperimentiškai pademonstruoti rezultatus, panašius į Levin ir Straat eksperimento, naudojant perchlorato produktą hipochloritą, be jokių bakterijų (Quinn et al, 2013).

Paženklinto išsiskyrimo eksperimentas tikrino konkrečią hipotezę su aiškiomis sąlygomis, prie kokių rezultatų ją galima laikyti pasitvirtinusia, o prie kokių – paneigta. Eksperimentas be jokių abejonių hipotezę patvirtino. Tačiau dėl chemijos sudėtingumo ir ne vieno galimo būdo gauti tokius ar panašius rezultatus, jis galutinai taip ir neatsakė į klausimą, ar Marse egzistuoja gyvybė. Galėjo būti perchloratas. Galėjo būti kažkokios dar nežinomos cheminės reakcijos. Galėjo būti ir bakterijos. Aštuntajame dešimtmetyje eksperimento rezultatams ieškota alternatyvių paaiškinimų, nes abejota pačia gyvybės Marso paviršiuje galimybe. Tačiau nauja informacija tokioms abejonėms palieka vis mažiau pagrindo.

Buvo teigiama, kad gyvybė neįmanoma be organikos, kurios „Viking“ Marse neaptiko. Jau tuomet tai sukėlė nuostabą, kadangi organiniai junginiai kosmose nėra reti ir turėtų patekti į visas planetas meteoritų dėka. Labai sunku patikėti, kad jų Marse visiškai nėra. Bet 2018 m. atlikta pakartotinė rezultatų analizė parodė, kad „Viking“ organinius junginius greičiausiai… aptiko (Guzman et al, 2018). Tašką abejonėms dėl organikos padėjo 2004 m. atrasti didžiuliai neaiškios kilmės metano debesys. O kadangi metanas labai greitai suyra ultravioletiniuose spinduliuose, kažkas jį turi nuolat išskirti. (Steigerwald, 2009).

Stromatolitai Ryklių įlankoje, Australija. Šaltinis: Wikimedia Commons

Buvo teigiama, kad gyvybė Marso paviršiuje negali egzistuoti be skysto vandens. Dr. Levin šį argumentą atmetė: Žemėje eksperimentas sėkmingai rado bakterijų Antarktidos grunte, kur nebuvo jokio skysto vandens. Marse aptikta labai daug ledo, tačiau paviršiuje taip pat aptikta ir garų pėdsakų, ir galimai nedideli kiekiai skysto vandens. 2020 m. rugsėjį prie Pietų ašigalio aptikti didžiuliai požeminiai skysto vandens ežerai (Lauro, 2020).

„Curiosity“ ir „Opportunity“ marsaeigių darytose nuotraukose Marse matoma kažkas panašaus į stromatolitus – sluoksniuotus darinius, susidarančius melsvabakterių dėka. Negalime nieko spręsti neapžiūrėję jų iš arčiau ir nepatikrinę cheminės sudėties; gal būt tai tik dar vienas „Marso sfinkso“ atvejis. Tačiau tokių struktūrų susidarymą be gyvybės paaiškinti sunku (Rizzo, 2020).

Vienas svarbiausių įvykių Žemės gyvybei buvo Deguonies katastrofa – kuomet melsvabakterių gaminamas deguonis sudarė vis didesnę atmosferos dalį ir išnaikino daugybę gyvybės rūšių tiek tiesiogiai, tiek sukeldamas didžiulį klimato atšalimą. Pasak Honkongo universiteto tyrimo, Marso praeityje staigus deguonies padidėjimas atmosferoje irgi buvo (Liu, Michalski, 2021).

Kiekvieną aptiktą galimos gyvybės Marse žymę tikriausiai galima paaiškinti kažkaip paprasčiau. Bet jų vis daugėja.

Dr. Gilbert Levin iki šiol lieka įsitikinęs, kad prieš keturiasdešimt penkerius metus Marse aptiko gyvybę. Jo nuomone, niekada nebuvo pateiktas joks įtikinamas, neabejotinas alternatyvus visų bandymo rezultatų paaiškinimas, kurio teisingumas būtų pademonstruotas eksperimentiškai.

Dr. Patricia Ann Straat taip pat manė, kad eksperimentas tikriausiai atrado Marso gyvybę. 2019 m. sausį buvo išleista jos knyga „Į Marsą su meile“, aprašanti eksperimento kūrimą, eigą, „Viking“ misiją, įvairius įveiktus iššūkius ir problemas (Straat, 2019). Deja, daktarė Straat taip ir nebegaus galutinio atsakymo į klausimą, kas iš tiesų prieš keturiasdešimt penkerius metus įvyko tolimajame Marse ant grunto užpylus maistingojo tirpalo. 2020 m. spalio mėnesį 84 metų mokslininkė mirė nuo plaučių vėžio.

Šiuo metu, už šimtų milijonų kilometrų, nesvetingoje, beveik neištirtoje Marso planetoje važinėja marsaeigis „Perseverance“. Gali būti, kad jau tik mėnesių klausimas, kol jis atras Marso gyvybės ženklus. Bet gali būti, kad jis nebus pirmasis atradęs.

Šaltiniai