キュリオシティ火星探査機は岩盤に強い炭素の特徴を見る-生物活性を示している可能性がある

私たちが知る限り、炭素は生命にとって重要です。 したがって、火星のような場所で強いカーボンフットプリントを検出すると、生物活性を示している可能性があります。

火星の岩石の強い炭素信号は、ある種の生物学的プロセスを示していますか？

あなたが人生を探しているとき、どんな強い炭素信号も興味深いです。 私たちが知っているように、それはすべての生命の共通の構成要素です。 しかし、炭素にはさまざまな種類があり、他の理由で炭素が環境に集中する可能性があります。 二酸化炭素排出量に生命が関与してい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つの陽子がありますが、中性子の数はさまざまです。 中性子の数が異なる炭素原子は、同位体と呼ばれます。 炭素の3つの同位体が自然に存在します。安定同位体であるC12とC13、および放射性核種であるC14です。 C12には6つの中性子が含まれ、C13には7つの中性子が含まれ、C14には8つの中性子が含まれます。

炭素同位体に関しては、生命はC12を好みます。 彼らはそれを光合成や食物の代謝に使用します。 その理由は比較的単純です。 C12の中性子はC13より1つ少ないため、分子内の他の原子と結合すると、同じ位置にあるC13よりも接続が少なくなります。 人生は基本的に怠惰であり、あなたは常に物事を行うための最も簡単な方法を目指して努力します。 C12は、C13よりも結合が少ないため、使いやすくなっています。 C13にたどり着くのは簡単で、もっと簡単な方法が利用できるとき、人生は決して困難な道を歩むことはありません。

火星のゲールクレーターでは、生命の兆候を探して好奇心が働いています。 彼は岩を掘削し、粉砕されたサンプルを抽出し、それを船内の化学実験室に置きます。 好奇心研究所はSAMと呼ばれ、 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、岩石中の炭素をメタンに変換します。 熱分解は、プロセスでの汚染を防ぐために、不活性なヘリウムフローで実行されます。 次に、それはと呼ばれる機器でガスを探索します 波長可変レーザー分光計 メタンに存在する炭素同位体を見つけること。

火星のサンプル分析機器はSAMと呼ばれています。 SAMは、生命の潜在的に重要な構成要素である有機化学物質と軽元素を検索および測定する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

SAM Curiosityシステムの背後にあるチームは、このプロセスで24の岩石サンプルを調べ、最近注目に値するものを発見しました。 サンプルのうち6つは、C12からC13のレベルの上昇を示しました。 C12 / C13比の地球ベースの参照標準と比較すると、これら6つのサイトからのサンプルには70ppmを超えるC12が含まれていました。 地球上では、炭素の98.93％がC12地球であり、残りの1.07％はC13です。

国立科学アカデミー（PNAS）の議事録に掲載された新しい研究は、結果を示しています。 そのタイトル「火星のゲールクレーターで、枯渇した炭素同位体組成が観察されました。筆頭著者は、ペンシルベニア州立大学の好奇心科学者であるクリストファーハウスです。

これはエキサイティングな発見であり、これらの結果が地球上で得られた場合、生物学的プロセスが豊富なC12を生成したことを示しています。

古代の地球では、遠海のバクテリアが副産物としてメタンを生成しました。 彼らは呼ばれています メタン生成菌、古細菌ドメインの原核生物です。 メタン生成菌は、今日でも地球上、低酸素湿地、反芻動物の消化管、温泉などの過酷な環境で発見されています。

これらのバクテリアはメタンを生成し、それが大気に入り、紫外線と反応します。 これらの相互作用は、地球の表面に落ちるより複雑な分子を生成します。 それらは、カーボンフットプリントとともに地球の岩石に保存されています。 同じことが火星でも起こった可能性があり、もしそうなら、それは好奇心の発見を説明するかもしれません。

しかし、これは火星です。 火星での生命の探索の歴史が私たちに何かを教えてくれるなら、それは私たちが自分たちより先を行くべきであるということではありません。

「私たちは火星で興味深いものを見つけていますが、私たちが生命を特定したと言うにはもっと多くの証拠が本当に必要です」と火星研究所で好奇心のサンプルを分析した元主任研究員のポール・マハフィーは言いました。 「それで、私たちは、生命ではないにしても、私たちが見ている炭素の特徴の原因であった可能性があるものを調べています。」

好奇心は、2018年8月9日にヴェラルービンリッジでこの360度のパノラマ写真を撮影しました。 出典：NASA / JPL-Caltech / MSSS

彼らの論文の中で、著者は次のように書いています。 ¹³進化するメタンにはCが見られますが、さらなる研究なしに単一の説明を受け入れることはできません。 「」

このようなカーボンフットプリントを理解する上での1つの困難は、いわゆるグラウンドバイアスです。 科学者が大気化学や関連するものについて知っていることのほとんどは、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の特徴に関しては、科学者は火星には存在しない可能性のある新しい可能性に心を開いておくのが難しいと感じることがあります。 火星での生命の探索の歴史は私たちにこれを教えてくれます。

炭素研究に携わったゴダード宇宙生物学者のジェニファー・L・アイゲンブロッド氏は語った。 以前、Eigenbrodeは、好奇心の科学者の国際チームを率いて、火星の表面にある無数の有機分子（炭素を含む）を発見しました。

「私たちは心を開いて、枠の外で考える必要があります。それがこの論文の目的です」とEigenbrod氏は述べています。

研究者たちは、彼らの論文の中で、異常な炭素の特徴についての2つの非生物学的説明を引用しました。 それらの1つは分子雲を含みます。

分子雲の仮説は、私たちの太陽系が何億年も前に分子雲を通過したと述べています。 これはまれな出来事ですが、1億年に一度発生するため、科学者はそれを除外することはできません。 分子雲は主に水素分子ですが、ゲールクレーターで発見されたより軽いタイプの炭素キュリオシティが豊富な場合があります。 雲が火星を大幅に冷却し、このシナリオで氷河作用が発生した可能性があります。 冷却と着氷は、分子雲内のより軽い炭素が火星の他の炭素と混合するのを防ぎ、高二酸化炭素の堆積物を作り出していました。 この論文は、「氷河期の氷河融解とその後の氷の後退は、地形学的表面に星間塵粒子を残すはずである」と述べています。

好奇心が尾根の頂上でいくつかの高いC12レベル（Vera Rubin Ridgeなど）とGale Craterの他の高い点を発見したので、仮説は当てはまります。 サンプルは「…さまざまな岩石（粘土岩、砂、砂岩）から収集され、これまでのミッションの運用中に暫定的に配布されました」と同紙は述べています。 ただし、分子雲の仮説は、ありそうもない一連のイベントです。

NASAのキュリオシティローバーは、ゲールクレーター内のマウントシャープの基部にあるヴェラルービンリッジを探索するときに、ドリルを空に向けてロボットアームを持ち上げます。これは、遠くのクレーターの縁に隣接しています。 このナビカムカメラモザイクは、2017年10月2日にソル1833で撮影された生の画像からステッチされ、色付けされています。 クレジット：NASA / JPL / Ken Kramer / kenkoremer.com / Marco DiLorenzo

別の非生物学的仮説には、紫外線が含まれます。 火星の大気には95％以上の二酸化炭素が含まれており、このシナリオでは、UV光が火星の大気中の二酸化炭素ガスと反応して新しい炭素含有粒子を生成する可能性があります。 粒子は火星に降り注いで、そこで岩の一部になっていたでしょう。 この仮説は、メタン生成菌が地球上で間接的にC12を生成する方法と似ていますが、完全に非生物的です。

「3つの説明はすべてデータに適合している」と筆頭著者のクリストファー・ハウスは述べた。 「それらを除外または除外するには、より多くのデータが必要です。」

研究からのこの図は、炭素の特徴を説明できる3つの仮説を明らかにしています。 青は火星の内部から生物学的に生成されたメタンを示しています。これは、光分解後に13°Cで枯渇した有機物を沈殿させました。 オレンジは、紫外線を介した光化学反応を示しており、多くの大気生成物を生成する可能性があり、その一部は、化学結合が壊れやすい有機物として堆積する可能性があります。 灰色は分子雲の仮説を示しています。 クレジット：House etal。 2022年。

「地球上では、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プロセスです」とハウス氏は付け加えました。 「同じ説明が火星で機能するのか、それとも火星が完全に異なるために他の説明があるのか​​を理解する必要があります。」

Curiosityのサンプルの約半分には、予想外に高レベルのC12が含まれていました。 それは地球の割合よりも高いだけではありません。 それは、科学者が火星の隕石と火星の大気で見つけたものよりも高いです。 サンプルはGaleCraterの5つのサイトからのものであり、すべてのサイトに共通する点が1つあります。それは、保存状態の良い古代の屋根があったことです。

ポール・マハフィーが言ったように、結果は「印象的な興味をそそる」ものです。 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、私たちはまだ多くを知りません。 地球の炭素循環に基づいて火星の炭素循環について仮定を立てるのは魅力的です。 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する可能性があります。 この炭素の特徴が最終的に生命の兆候であるかどうかは、火星の炭素の特徴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、生命がその循環にどのように適合するかを理解しようとするための絶対的な鍵です」と、ワシントンD.C.のカーネギー科学研究所の好奇心科学者であるアンドリュースティールは言いました。 「私たちは地球上でこれを成功させましたが、火星のそのサイクルを定義し始めたばかりです。」

しかし、地球の炭素循環に基づいて火星について結論を出すのは簡単ではありません。 スティールは、「地球には生命を含む炭素循環の大部分があり、生命のために、私たちがどこを見ても生命があるので、私たちが理解していない地球の炭素循環の大部分があります。 。」

NASAのパーサヴィアランスローバーは、ジェゼロクレーターで火星の古代生物の兆候を探します。 好奇心からの結果は、永続性のサンプリング活動に情報を与える可能性があります。 クレジット：NASA / JPL-Caltech / MSSS

好奇心はまだ火星で機能しており、しばらくの間続くでしょう。 これらのサンプルの意味は、火星の炭素循環のより良い理解とともに、先にあります。 好奇心は、炭素同位体濃度を測定するために、より多くの岩石のサンプルを採取します。 他の古くて保存状態の良い表面から岩石をサンプリングして、結果が類似しているかどうかを確認します。 理想的には、別のメタンカラムに遭遇してそれをサンプリングしますが、これらのイベントは予測不可能であり、その準備をする方法はありません。

いずれにせよ、これらの結果は、Jezeroクレーターでの永続性サンプルの収集に役立ちます。 忍耐力は、同様の炭素信号を確認し、それらが生物学的であるかどうかさえ決定するかもしれません。

忍耐力はまた、地球に戻るためにサンプルを収集しています。 科学者はこれらのサンプルをローバーの実験室よりも積極的に研究するので、誰が私たちが何を学ぶかを知っています。

火星での古代の生活は興味をそそる可能性ですが、少なくとも今のところ、それは確かではありません。

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この調査の詳細については、以下を参照してください。

参考：クリストファーHによる「火星のゲールクレーターで観測された枯渇した炭素同位体組成」。 。 Atria、Jennifer L. Eigenbrod、Alexis Gilbert、Amy E. Hoffman、Maeva Milan、Andrew Steel、Daniel B. Glavin、Charles A. Malspin、Paul R. Mahaffey、2022年1月17日、 国立科学アカデミーの議事録。
DOI：10.1073 / pnas.2115651119