火星キュリオシティローバーは岩石層で強力な炭素署名を見る – 生物学的活動を示すことができる

炭素は私たちが知っている限り、人生にとって非常に重要です。 したがって、火星などの場所で強力な炭素信号を検出するたびに生物学的活動を示すことができます。

火星岩の強い炭素シグナルはどのような種類の生物学的プロセスを示すのか？

強力なカーボンシグナルは、人生を追求するのに興味深いものです。 それは私たちが知っているあらゆる形態の生活の中で共通の要素です。 しかし、炭素にはいくつかのタイプがあり、他の理由で炭素が環境に集中する可能性があります。 生命が炭素署名に関与することを自動的に意味するわけではありません。

炭素原子には常に6つのプロトンがありますが、中性子の数は異なる場合があります。 中性子の数が異なる炭素原子を同位元素といいます。 3つの炭素同位体が自然に発生します。 安定したC12とC13と放射性核種であるC14です。 C12には6つの中性子があり、C13には7つの中性子があり、C14には8つの中性子があります。

炭素同位体に関して、生命体はC12を好む。 光合成や食品代謝に使用します。 理由は比較的簡単です。 C12は、C13よりも中性子が少ない。 言い換えれば、他の原子と結合して分子を作るとき、同じ状況でＣ 13 よりも少ない連結を生成する。 人生は本質的に怠惰であり、常に最も簡単な方法を追求しています。 C12はC13よりも結合が少ないため使いやすい。 C13よりもアクセスしやすく、より簡単な方法があると、人生は決して難しい道を歩きません。

キュリオシティローバーは火星のゲイルクレーターで生命体の痕跡を見つけるために一生懸命働いています。 岩を掘り、粉砕したサンプルを抽出して船内化学実験室に入れます。 キュリオシティの研究室はSAMだそうです。 火星のサンプル分析。 SAMの内部では、ローバーは熱分解を使用してサンプルを焼き、岩石の炭素をメタンに変換します。 熱分解は、プロセス中の汚染を防止するために不活性ヘリウム流中で行われる。 次に、名前付き機器でガスを調べます。 可変レーザー分光器 メタンにどの炭素同位体があるかを調べるために。

サンプル分析 at Mars ツールは SAM と呼ばれます。 SAMは、潜在的に生命に関連する重要な成分である有機化学物質と軽い元素を検索して測定する3つの異なる機器で構成されています。 クレジット: NASA/JPL-Caltech

CuriosityのSAMを支援するチームは、このプロセスを通して24の岩石サンプルを調査し、最近注目すべきものを発見しました。 サンプルの6つは、C12対C13の上昇した割合を示した。 C12/C13比の地球ベースの基準と比較して、この6つのサイトのサンプルには1,000分の1以上のC12が含まれています。 地球の炭素の98.93％はC12地球であり、C13は残りの1.07％を形成します。

米国国立科学院会報（PNAS）に発表された新しい研究結果が発表された。 そのタイトルは「火星のゲイルクレーターで観察された劣化炭素同位体組成主な著者は、Penn State UniversityのCuriosity科学者であるChristopher Houseです。

これは興味深い発見であり、これらの結果が地球から得られれば、生物学的プロセスがC12を豊富に生成したという信号になります。

古代の地球では、表面細菌は副産物としてメタンを生成しました。 彼らは呼び出す メタン生成物質、そして彼らはArchaea領域の原核生物です。 メタン生成物質は、今日、地球、無酸素湿地、反芻動物の消化管、温泉などの極端な環境に依然として存在している。

この細菌は大気に流入するメタンを生成し、紫外線と相互作用します。 これらの相互作用は、より複雑な分子を生成し、地球の表面に雨のように注がれます。 彼らは炭素署名とともに地球の岩に保存されています。 火星でも同じことが起こった可能性があり、もしそうなら、キュリオシティの発見を説明することができるでしょう。

しかし、ここは火星です。 火星で生命体を見つけた歴史が私たちに何かを教えてくれるならば、それは私たち自身より先に進むためのものではありません。

火星研究所でキュリオシティのサンプル分析を担当した元シニア研究者であるポール・マハフィ（Paul Mahaffy）は、「私たちは火星で非常に興味深いことを発見しているが、生命体を確認したと言うためにはさらに多くの証拠が必要だ」と話した。 「だから私たちは、生命体でなければ私たちが見ている炭素署名を引き起こす可能性がある他の原因を探しています。」

Curiosityは2018年8月9日、Vera Rubin Ridgeでこの360度パノラマを撮影しました。 クレジット: NASA/JPL-Caltech/MSSS

彼らの論文では、著者は「異常に枯渇したことについて、いくつかのもっともらしい説明があります。 ¹³Cは進化したメタンで観察されましたが、さらなる研究がなければ、1つの説明も受け入れることはできません。

このような炭素署名を理解することの難しさの一つは、いわゆる地球偏向である。 科学者が大気化学とその関連について知っているほとんどは地球に基づいています。 したがって、火星で新たに発見された炭素署名に関しては、科学者たちは火星に存在しない可能性がある新しい可能性に気をつけるのが難しいことがわかります。 火星での生命体探索の歴史は、私たちにこれを教えてくれます。

「最も難しいのは、地球を捨て、私たちが持っている偏見を捨て、火星の化学、物理学、環境プロセスの基礎を理解するために本当に努力することです」とGoddard宇宙生物学者Jennifer L. Eigenbrodeは言いました。 炭素研究以前、EigenbrodeはCuriosityの科学者で構成された国際チームを率いて、火星の表面に炭素を含む無数の有機分子を検出しました。

Eigenbrodeは次のように語った。

研究者は、論文の中で珍しい炭素の特徴の2つの非生物学的説明を指摘しています。 1つは分子雲に関連しています。

分子雲仮説によると、私たちの太陽系は数億年前に分子雲を通過しました。 まれな現象ですが、約1億年に1回発生するため、科学者はこれを無視できません。 分子雲は主に分子水素ですが、1つはゲイルクレーターのキュリオシティによって検出されたより軽い炭素タイプが豊富である可能性があります。 このシナリオでは、雲は火星を劇的に冷却し、氷河を引き起こしたでしょう。 冷却と氷河作用は、分子雲の軽い炭素が他の火星の炭素と混ざり合うのを防ぎ、C12の堆積物を増加させます。 論文では、「氷河期の氷河が溶け、氷が後退すると氷河の地形表面に星間粉塵が残る」と述べている。

CuriosityがVera Rubin Ridgeの頂上のような尾根の頂上とGale Craterの他の高い地点でいくつかの高いC12レベルを発見したので、仮説は正しい。 サンプルは、「…さまざまな岩（岩、砂、砂岩）から収集され、現在までミッションの実行全体に一時的に広がっています」と新聞は説明しています。 しかし、分子雲仮説は、起こりそうにない一連の事象です。

NASAのキュリオシティローバーは、遠く離れたクレーターの端を背景に、ゲールクレーターの内部シャープ山の麓のベラルビン尾根を探索しながら、ドリルを空に向けてロボットアームを持ち上げました。 このNavcamカメラのモザイクは、2017年10月2日にSol 1833で撮影した元の画像でステッチされ、色付けされました。 出典：NASA/JPL/Ken Kremer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo。

他の非生物学的仮説は紫外線に関連している。 火星の大気は95％以上が二酸化炭素であり、このシナリオでは、UV光線は火星大気の二酸化炭素ガスと相互作用して新しい炭素含有分子を生成します。 分子は火星の表面に雨が降り、そこで岩の一部になったはずです。 この仮説は、メタン生成物質が間接的に地球上でC12を生成する方法に似ていますが、完全に非生物的です。

上級著者のChristopher Houseは、次のように述べています。 「私たちは、それらを含めたり除外したりするために、より多くのデータが必要です。」

研究のこの図は、炭素特性を説明できる3つの仮説を示しています。 青は火星内部で生物学的に生成されたメタンを示し、光分解後13Cが枯渇した有機物質の堆積を生成します。 オレンジ色は、様々な大気生成物を生成することができる紫外線を介した光化学反応を示し、そのいくつかは容易に切断される化学結合を有する有機材料で沈着する。 灰色は分子雲仮説を示しています。 クレジット：House et al。 2022.

「地球上の火星で検出される炭素信号を生成するプロセスは生物学的です」とHousは付け加えました。 「火星に同じ説明が適用されるか、火星が非常に異なるため、他の説明があるかどうかを理解する必要があります。」

Curiosity サンプルのほぼ半分が予期せず C12 値が高くなった。 彼らは地球の割合よりも高いだけでなく、 彼らは科学者が火星隕石や火星大気で発見したものよりも高い。 サンプルはGale Craterの5つの場所から得られ、すべての場所に1つの共通点があります。 古代のよく保存された表面があるということです。

ポール・マハフィ（Paul Mahaffy）が言ったように、その発見は「感動を与えるほど興味深い」。 しかし、科学者たちはまだ火星の炭素循環について学んでおり、私たちはまだ無知な部分がたくさんあります。 地球の炭素循環に基づいて火星の炭素循環を想定したい誘惑があります。 しかし、炭素は私たちがまだ推測していない方法で火星を循環させることができます。 このカーボン署名が結局生命のシグナルになっても、火星のカーボン署名を理解する上で依然として貴重な知識です。

「火星の炭素循環を定義することは、生命体がその循環にどのように適合できるかを理解しようとする絶対的な鍵です」は言った。 しかし、私たちは火星の周期を定義し始めました。」

しかし、地球の炭素循環に基づいて火星についての結論を出すことは容易ではありません。 Steelは次のように語った。 「地球には生命に関連する炭素循環の大きな塊があり、生命のために地球には私たちが見ることができない炭素循環の塊があります。 人生」

NASAのPerseveranceローバーはJezero Craterで火星の古代の生命体の痕跡を探しています。 Curiosityの結果は、Perseveranceのサンプリング活動に情報を提供できます。 クレジット: NASA/JPL-Caltech/MSSS

キュリオシティはまだ火星で働いており、当分の間続くでしょう。 火星の炭素循環のより良い理解とともに、このサンプルの意味が先にあります。 Curiosityは、炭素同位体濃度を測定するためにより多くの岩石をサンプリングします。 結果が類似していることを確認するために、よく保存された他の古代の表面の岩石をサンプリングします。 理想的には、別のメタンプルームに出会い、サンプルを採取しますが、これらのイベントは予測不可能であり、これに対処する方法はありません。

いずれにせよ、この結果はJezero Craterによって収集されたPerseveranceのサンプルを知らせるのに役立ちます。 忍耐は同様の炭素シグナルを同定し、生物学的シグナルであるかどうかを決定することもできる。

忍耐力も地球に戻るためにサンプルを収集しています。 科学者たちは探査機のオンボードラボよりも効果的にサンプルを研究します。

火星の古代の生命体は魅力的な展望ですが、少なくとも現在では不確実です。

に元の投稿 今日の宇宙。

この研究の詳細については、以下を参照してください。

参照： Christopher H. House, Gregory M. Wong, Christopher R. Webster, Gregory J. Flesch, Heather B. Franz, Jennifer C. Stern, Alex Pavlov, Sushil K Atreya, Jennifer L. Eigenbrode, Alexis Gilbert, Amy E. Hofmann、Maëva Millan、Andrew Steele、Daniel P. Glavin、Charles A. Malespin、Paul R. Mahaffy、2022年1月17日、 国立科学院会報。
DOI: 10.1073/pnas.2115651119