Theo như chúng ta biết, carbon rất quan trọng đối với sự sống. Vì vậy, bất cứ khi nào chúng ta phát hiện một dấu hiệu carbon mạnh ở đâu đó như sao Hỏa, nó có thể chỉ ra hoạt động sinh học.

Tín hiệu carbon mạnh trong đá sao Hỏa có chỉ ra các quá trình sinh học của một số loại không?

Bất kỳ tín hiệu carbon mạnh nào cũng hấp dẫn khi bạn đang tìm kiếm sự sống. Đó là một yếu tố phổ biến trong tất cả các dạng sống mà chúng ta biết. Nhưng có nhiều loại carbon khác nhau, và carbon có thể trở nên tập trung trong môi trường vì những lý do khác. Nó không tự động có nghĩa là sự sống liên quan đến các ký hiệu carbon.

Nguyên tử cacbon luôn có sáu proton, nhưng số lượng neutron có thể khác nhau. Các nguyên tử cacbon có số nơtron khác nhau được gọi là đồng vị. Ba đồng vị cacbon xuất hiện trong tự nhiên: C12 và C13, bền và C14, một hạt nhân phóng xạ. C12 có sáu neutron, C13 có bảy neutron, và C14 có tám neutron.

Khi nói đến đồng vị cacbon, cuộc sống thích C12 hơn. Chúng sử dụng nó trong quá trình quang hợp hoặc để chuyển hóa thức ăn. Lý do là tương đối đơn giản. C12 có ít neutron hơn C13, có nghĩa là khi nó liên kết với các nguyên tử khác thành phân tử, nó tạo ra ít liên kết hơn C13 trong cùng một tình huống. Cuộc sống về bản chất là lười biếng, và nó sẽ luôn tìm kiếm cách dễ dàng nhất để làm mọi việc. C12 dễ sử dụng hơn vì nó ít tạo liên kết hơn C13. Nó dễ dàng hơn để đạt được điểm C13, và cuộc sống không bao giờ trở nên khó khăn khi có một con đường dễ dàng hơn.

Curiosity rover đang làm việc chăm chỉ trong miệng núi lửa Gale của sao Hỏa, tìm kiếm dấu hiệu của sự sống. Nó khoan vào đá, chiết xuất một mẫu nghiền thành bột và đưa nó vào phòng thí nghiệm hóa học trên tàu. Phòng thí nghiệm của Curiosity được gọi là SAM, viết tắt của Phân tích mẫu tại sao Hỏa. Bên trong SAM, rover sử dụng nhiệt phân để nướng mẫu và chuyển carbon trong đá thành mêtan. Quá trình nhiệt phân được thực hiện trong một dòng khí trơ để ngăn chặn bất kỳ sự ô nhiễm nào trong quá trình này. Sau đó, nó thăm dò khí bằng một công cụ có tên là Máy quang phổ laser có thể điều chỉnh được để tìm hiểu đồng vị cacbon có trong khí mêtan.

Nhóm nghiên cứu đằng sau SAM của Curiosity đã xem xét 24 mẫu đá bằng quy trình này và gần đây đã phát hiện ra một điều đáng chú ý. Sáu trong số các mẫu cho thấy tỷ lệ C12 đến C13 tăng cao. So với tiêu chuẩn tham chiếu dựa trên Trái đất cho tỷ lệ C12 / C13, các mẫu từ sáu địa điểm này chứa nhiều hơn 70 phần nghìn C12. Trên Trái đất, 98,93% carbon là C12 Trái đất, và C13 tạo thành 1,07% còn lại.

Một nghiên cứu mới được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) đã trình bày những phát hiện này. Tiêu đề của nó là “Các thành phần đồng vị carbon cạn kiệt được quan sát thấy tại miệng núi lửa Gale, sao Hỏa.Tác giả chính là Christopher House, một nhà khoa học Curiosity tại Đại học Penn State.

Đó là một phát hiện thú vị, và nếu những kết quả này thu được trên Trái đất, chúng sẽ báo hiệu rằng một quá trình sinh học tạo ra sự phong phú của C12.

Trên Trái đất cổ đại, vi khuẩn trên bề mặt tạo ra khí mê-tan như một sản phẩm phụ. Họ đã gọi methanogensvà chúng là sinh vật nhân sơ từ miền Archaea. Methanogens ngày nay vẫn còn tồn tại trên Trái đất, trong các vùng đất ngập nước thiếu khí, trong đường tiêu hóa của động vật nhai lại và các môi trường khắc nghiệt như suối nước nóng.

Những vi khuẩn này tạo ra khí mêtan xâm nhập vào khí quyển, tương tác với tia cực tím. Những tương tác đó tạo ra các phân tử phức tạp hơn đổ xuống bề mặt Trái đất. Chúng được bảo tồn trong đá Trái đất, cùng với các ký hiệu carbon của chúng. Điều tương tự có thể đã xảy ra trên sao Hỏa, và nếu nó xảy ra, nó có thể giải thích cho những phát hiện của Curiosity.

Nhưng đây là tháng Ba. Nếu lịch sử tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa cho chúng ta biết bất cứ điều gì, thì đó không phải là vượt lên chính mình.

Paul Mahaffy, cựu điều tra viên chính của Curiosity’s Sample Analysis tại phòng thí nghiệm Mars, cho biết: “Chúng tôi đang tìm thấy những thứ thú vị trên sao Hỏa, nhưng chúng tôi thực sự cần thêm bằng chứng để nói rằng chúng tôi đã xác định được sự sống. “Vì vậy, chúng tôi đang xem xét những gì khác có thể đã gây ra chữ ký carbon mà chúng tôi đang thấy, nếu không phải là sự sống.”

Trong bài báo của mình, các tác giả viết, “Có nhiều lời giải thích hợp lý cho việc cạn kiệt một cách bất thường ¹³C được quan sát thấy trong khí mê-tan tiến hóa, nhưng không có lời giải thích nào có thể được chấp nhận mà không cần nghiên cứu thêm ”.

Một trong những khó khăn trong việc hiểu các ký hiệu carbon như trường hợp này là cái gọi là độ lệch Trái đất của chúng ta. Hầu hết những gì các nhà khoa học biết về hóa học khí quyển và những thứ liên quan đều dựa trên Trái đất. Vì vậy, khi nói đến dấu hiệu carbon mới được phát hiện này trên sao Hỏa, các nhà khoa học có thể thấy khó khăn để giữ cho tâm trí của họ cởi mở với những khả năng mới có thể không tồn tại trên sao Hỏa. Lịch sử tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa cho chúng ta biết điều này.

“Điều khó nhất là buông bỏ Trái đất và từ bỏ thành kiến ​​mà chúng ta có và thực sự cố gắng đi sâu vào các nguyên tắc cơ bản của các quá trình hóa học, vật lý và môi trường trên sao Hỏa,” nhà thiên văn học Goddard Jennifer L. Eigenbrode, người tham gia chương trình nghiên cứu carbon. Trước đây, Eigenbrode đã dẫn đầu một nhóm các nhà khoa học quốc tế của Curiosity trong việc phát hiện vô số phân tử hữu cơ – những phân tử có chứa cacbon – trên bề mặt sao Hỏa.

Eigenbrode nói: “Chúng ta cần mở mang đầu óc và suy nghĩ bên ngoài,“ và đó là những gì bài báo này làm được ”.

Các nhà nghiên cứu chỉ ra hai cách giải thích phi sinh học cho chữ ký carbon bất thường trong bài báo của họ. Một liên quan đến các đám mây phân tử.

Giả thuyết về đám mây phân tử nói rằng Hệ Mặt trời của chúng ta đã đi qua một đám mây phân tử cách đây hàng trăm triệu năm. Đó là một sự kiện hiếm hoi, nhưng nó xảy ra khoảng 100 triệu năm một lần, vì vậy các nhà khoa học không thể giảm giá nó. Các đám mây phân tử chủ yếu là hydro phân tử, nhưng một đám mây có thể giàu loại carbon nhẹ hơn mà Curiosity phát hiện ở Miệng núi lửa Gale. Đám mây có thể khiến sao Hỏa lạnh đi, gây ra hiện tượng băng giá trong kịch bản này. Việc làm mát và đóng băng sẽ ngăn không cho cacbon nhẹ hơn trong các đám mây phân tử trộn lẫn với cacbon khác trên sao Hỏa, tạo ra cặn C12 ở trên cao. Bài báo nói rằng “Băng tan trong thời kỳ băng hà và băng rút đi sau đó sẽ để lại các hạt bụi giữa các vì sao trên bề mặt địa mạo băng.”

Giả thuyết phù hợp vì Curiosity đã tìm thấy một số mức C12 nâng cao ở các đỉnh của các rặng núi — chẳng hạn như đỉnh của Vera Rubin Ridge — và các điểm cao khác trong Miệng núi lửa Gale. Các mẫu được thu thập từ “… nhiều loại thạch học khác nhau (đá bùn, cát và đá sa thạch) và tạm thời được phổ biến trong suốt các hoạt động truyền giáo cho đến nay,” tờ báo viết. Tuy nhiên, giả thuyết đám mây phân tử là một chuỗi sự kiện khó xảy ra.

Giả thuyết phi sinh học khác liên quan đến ánh sáng cực tím. Bầu khí quyển của sao Hỏa có hơn 95% là carbon dioxide, và trong kịch bản này, tia UV sẽ tương tác với khí carbon dioxide trong khí quyển của sao Hỏa tạo ra các phân tử chứa carbon mới. Các phân tử sẽ đổ mưa xuống bề mặt sao Hỏa và trở thành một phần của đá ở đó. Giả thuyết này tương tự như cách methanogens gián tiếp tạo ra C12 trên Trái đất, nhưng nó hoàn toàn phi sinh học.

Christopher House, tác giả chính cho biết: “Cả ba giải thích đều phù hợp với dữ liệu. “Chúng tôi chỉ đơn giản là cần thêm dữ liệu để loại bỏ họ.”

House nói thêm: “Trên Trái đất, các quá trình tạo ra tín hiệu carbon mà chúng ta đang phát hiện trên sao Hỏa là sinh học. “Chúng ta phải hiểu liệu cách giải thích tương tự có phù hợp với Sao Hỏa hay có những lời giải thích khác bởi vì Sao Hỏa rất khác”.

Gần một nửa số mẫu Curiosity có nồng độ C12 tăng cao bất ngờ. Chúng không chỉ cao hơn tỷ lệ của Trái đất; chúng cao hơn những gì các nhà khoa học đã tìm thấy trong các thiên thạch sao Hỏa và bầu khí quyển sao Hỏa. Các mẫu được lấy từ năm địa điểm trong Miệng núi lửa Gale, và tất cả các địa điểm đều có một điểm chung: chúng có bề mặt cổ xưa, được bảo quản tốt.

Như Paul Mahaffy đã nói, những phát hiện này “thú vị như trêu ngươi”. Nhưng các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu về chu trình carbon của sao Hỏa, và còn rất nhiều điều mà chúng ta vẫn chưa biết. Thật hấp dẫn khi đưa ra các giả định về chu trình carbon của sao Hỏa dựa trên chu trình carbon của Trái đất. Nhưng carbon có thể đi qua sao Hỏa theo những cách mà chúng ta thậm chí còn chưa đoán ra. Cho dù chữ ký carbon này có phải là tín hiệu cho sự sống hay không, thì đó vẫn là kiến ​​thức quý giá khi hiểu về chữ ký carbon của sao Hỏa.

Andrew Steele, nhà khoa học Curiosity tại Viện Khoa học Carnegie ở Washington, DC cho biết: “Việc xác định chu kỳ carbon trên sao Hỏa là chìa khóa hoàn toàn để cố gắng hiểu làm thế nào mà sự sống có thể phù hợp với chu kỳ đó. , nhưng chúng tôi chỉ mới bắt đầu xác định chu kỳ đó cho sao Hỏa. ”

Nhưng không dễ để đưa ra kết luận về sao Hỏa dựa trên chu trình carbon của Trái đất. Steele đã làm rõ điều đó khi anh ấy nói, “Có một phần lớn chu trình carbon trên Trái đất liên quan đến sự sống, và vì sự sống, có một phần chu kỳ carbon trên Trái đất mà chúng tôi không thể hiểu được bởi vì ở mọi nơi chúng ta nhìn, đều có mạng sống.”

Curiosity vẫn đang hoạt động trên Sao Hỏa và sẽ tồn tại trong một thời gian. Ý nghĩa của những mẫu này, cùng với sự hiểu biết tốt hơn về chu trình carbon của sao Hỏa, còn ở phía trước. Curiosity sẽ lấy mẫu nhiều đá hơn để đo nồng độ đồng vị cacbon. Nó sẽ lấy mẫu đá từ các bề mặt cổ xưa được bảo quản tốt khác để xem liệu kết quả có tương tự như những bề mặt này hay không. Lý tưởng nhất là nó sẽ gặp phải một chùm khí mêtan khác và lấy mẫu nó, nhưng những sự kiện đó là không thể đoán trước, và không có cách nào để chuẩn bị cho một.

Dù bằng cách nào, những kết quả này sẽ giúp thông báo cho việc thu thập mẫu của Perseverance tại miệng núi lửa Jezero. Sự kiên trì có thể xác nhận các tín hiệu carbon tương tự và thậm chí xác định xem chúng có phải là sinh học hay không.

Sự kiên trì cũng đang thu thập các mẫu để trở về Trái đất. Các nhà khoa học sẽ nghiên cứu những mẫu đó hiệu quả hơn những gì phòng thí nghiệm trên tàu có thể làm được, vì vậy ai biết chúng ta sẽ học gì.

Cuộc sống cổ đại trên sao Hỏa là một viễn cảnh đầy trêu ngươi, nhưng hiện tại, ít nhất, nó không chắc chắn.

Được đăng ban đầu vào Vũ trụ ngày nay.

Để biết thêm về nghiên cứu này, hãy xem:

Tham khảo: “Các thành phần đồng vị cacbon cạn kiệt được quan sát tại miệng núi lửa Gale, Sao Hỏa” của 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 và Paul R. Mahaffy, ngày 17 tháng 1 năm 2022, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
DOI: 10.1073 / pnas.2115651119