کاوشگر کنجکاوی هفت مولکول آلی جدید در مریخ کشف کرد؛ جستجو برای حیات گذشته عمیق‌تر می‌شود

چهارده سال پس از فرود در گستره غبارآلود دهانه گیل، کاوشگر کنجکاوی ناسا یکی از مهم‌ترین دستاوردهای اخترزیست‌شناسی این دهه را به ارمغان آورده است. با حفاری در سنگ‌های گلی باستانی و تجزیه و تحلیل پودر سنگ، آزمایشگاه داخلی این کاوشگر هفت مولکول آلی متمایز و قبلاً شناسایی نشده را کشف کرده است. این کشف یک جهش کوانتومی در درک ما از شیمی مریخ محسوب می‌شود و تأیید می‌کند که سیاره سرخ زمانی دارای ذخیره‌ای غنی و پیچیده از ترکیبات مبتنی بر کربن بوده است.[1]

مولکول‌های تازه کشف شده، بخارهای ساده و زودگذر متان نیستند. آنها شامل هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای پیچیده (PAHs) و ترکیبات آلیفاتیک زنجیره‌بلند هستند؛ ساختارهای مولکولی سنگین و بادوامی که به عنوان بلوک‌های سازنده اساسی حیات زیستی روی زمین عمل می‌کنند. در حالی که کنجکاوی قبلاً مولکول‌های آلی ساده‌تری مانند تیوفن‌ها و کلروبنزن را پیدا کرده بود، این مجموعه جدید از هفت ترکیب به طور قابل توجهی پیچیده‌تر است و شکاف بین شیمی پایه کربن و مولکول‌های پیچیده مورد نیاز برای عملکرد سلولی را پر می‌کند.[1][2]

برای درک اهمیت این کشف، باید به تاریخچه خود دهانه گیل نگاه کرد. تقریباً ۳.۵ میلیارد سال پیش، این حوضه به عرض ۱۵۴ کیلومتر، یک دریاچه بزرگ آب مایع بود. رودخانه‌ها کانال‌هایی را در لبه دهانه حفر می‌کردند و رسوبات و مواد آلی بالقوه را به داخل آب ساکن می‌بردند، جایی که در کف دریاچه ته‌نشین می‌شدند. سنگ‌های گلی که کنجکاوی در حال حاضر در حال کاوش آنهاست، بقایای سنگ‌شده آن بستر دریاچه باستانی هستند و تصویری زمین‌شناختی دست‌نخورده از زمانی ارائه می‌دهند که مریخ به طرز چشمگیری شبیه زمین بود.[3]

استخراج این مولکول‌ها یک شاهکار فنی فوق‌العاده است. کنجکاوی از ابزار «تجزیه و تحلیل نمونه در مریخ» (SAM) خود استفاده می‌کند، یک آزمایشگاه شیمی مینیاتوری تقریباً به اندازه یک اجاق مایکروویو. کاوشگر در سنگ حفاری می‌کند، چند گرم پودر را برمی‌دارد و آن را در کوره‌های کوچک SAM می‌اندازد. با پختن آهسته نمونه تا دمای بیش از ۸۰۰ درجه سانتیگراد و تجزیه و تحلیل گازهایی که با استفاده از طیف‌سنج جرمی تبخیر می‌شوند، دانشمندان می‌توانند اثر انگشت شیمیایی مولکول‌های به دام افتاده در داخل را شناسایی کنند.

چالش اصلی در یافتن مواد آلی در مریخ لزوماً این نیست که هرگز وجود نداشته‌اند، بلکه حفظ آنها به طرز باورنکردنی دشوار است. مریخ فاقد جو ضخیم و میدان مغناطیسی جهانی است، به این معنی که سطح آن دائماً توسط پرتوهای کیهانی خشن و تابش فرابنفش بمباران می‌شود. علاوه بر این، خاک مریخ سرشار از پرکلرات‌ها است؛ نمک‌های بسیار واکنش‌پذیری که مانند سفیدکننده‌های شیمیایی عمل کرده و مواد آلی را هنگام قرار گرفتن در معرض گرما یا تشعشع از بین می‌برند. یافتن این هفت مولکول به صورت دست‌نخورده به این معناست که آنها راهی برای زنده ماندن در این محیط خصمانه پیدا کرده‌اند.[1][2]

به نظر می‌رسد کلید بقای آنها، مواد معدنی خاصی است که در آنها محبوس شده بودند. ترکیبات آلی به شدت در داخل رس‌های اسمکتیت (smectite) و مواد معدنی غنی از سولفات یافت شدند. این ساختارهای زمین‌شناختی مانند گاوصندوق‌های میکروسکوپی عمل می‌کنند، مولکول‌های کربن را از پرکلرات‌های مخرب دور نگه می‌دارند و آنها را از بدترین تشعشعات ورودی محافظت می‌کنند. این زره معدنی به مواد آلی اجازه داد تا بیش از سه میلیارد سال دوام بیاورند و منتظر بمانند تا یک زمین‌شناس رباتیک آنها را کشف کند.[2][3]

این کشف بلافاصله بحث اصلی اکتشافات مریخ را دوباره شعله‌ور می‌کند: آیا منشأ این مولکول‌ها زیستی است یا زمین‌شناختی؟ فرضیه زیستی نشان می‌دهد که این زنجیره‌های پیچیده کربنی، بقایای تجزیه شده میکروب‌های باستانی مریخ هستند. روی زمین، هنگامی که باکتری‌ها می‌میرند و طی میلیون‌ها سال در سنگ‌های رسوبی فشرده می‌شوند، غشاهای سلولی لیپیدی آنها دقیقاً به همان انواع ترکیبات آلیفاتیک و آروماتیکی تجزیه می‌شوند که کنجکاوی به تازگی شناسایی کرده است.[1][3]

با این حال، جامعه علمی به شدت به استاندارد ساگان پایبند است: ادعاهای خارق‌العاده نیازمند شواهد خارق‌العاده هستند. فرضیه غیرزیستی (غیربیولوژیکی) چندین توضیح جایگزین قانع‌کننده ارائه می‌دهد. مواد آلی پیچیده می‌توانند از طریق فعل و انفعالات آب و سنگ در اعماق زیر زمین تشکیل شوند، فرآیندی که به عنوان سرپانتینیزاسیون شناخته می‌شود. آنها همچنین می‌توانند توسط واکنش‌های نوع فیشر-تروپش سنتز شوند، جایی که مونوکسید کربن و هیدروژن روی کاتالیزورهای معدنی واکنش می‌دهند. علاوه بر این، میلیون‌ها تن شهاب‌سنگ غنی از کربن در طول تاریخ مریخ به آن برخورد کرده‌اند و به طور بالقوه این سیاره را با مواد آلی از فضای عمیق بارور کرده‌اند.[2][3]

تمایز بین منشأ زیستی و غیرزیستی نیازمند جستجوی نسبت‌های ایزوتوپی خاص و الگوهای مولکولی است. حیات زیستی تمایل به تنبلی دارد؛ ایزوتوپ‌های سبک‌تر کربن (کربن-۱۲) را به ایزوتوپ‌های سنگین‌تر (کربن-۱۳) ترجیح می‌دهد زیرا برای پردازش آنها انرژی کمتری لازم است. حیات همچنین تمایل دارد مولکول‌هایی با «دست‌سانی» (کایرالیته) خاص و طول زنجیره‌ای متمایز تولید کند. اگرچه ابزار SAM کنجکاوی فوق‌العاده پیشرفته است، اما ممکن است وضوح لازم برای اثبات قطعی این نشانه‌های ظریف زیستی را نداشته باشد.[2]

اینجاست که این کشف به عنوان یک نیروی چند برابر کننده حیاتی برای مأموریت‌های دیگر عمل می‌کند. کاوشگر استقامت (Perseverance) ناسا در حال حاضر در حال کاوش دهانه جیزرو (Jezero Crater)، یکی دیگر از بستر دریاچه‌های باستانی است و فعالانه در حال حفاری و ذخیره‌سازی نمونه‌های سنگی است. تأیید اینکه مواد آلی پیچیده می‌توانند در سنگ‌های گلی مریخ زنده بمانند، استراتژی اصلی استقامت را تأیید می‌کند. نمونه‌هایی که استقامت جمع‌آوری می‌کند، قرار است در دهه ۲۰۳۰ به زمین بازگردانده شوند، جایی که پیشرفته‌ترین آزمایشگاه‌های زمینی جهان می‌توانند آنها را برای یافتن نشانه‌های قطعی حیات تجزیه و تحلیل کنند.[1]

این یافته‌ها همچنین به شدت بر مأموریت آتی کاوشگر روزالیند فرانکلین (Rosalind Franklin) آژانس فضایی اروپا تأثیر می‌گذارد. برخلاف کنجکاوی و استقامت که تنها چند سانتی‌متر در سنگ حفاری می‌کنند، روزالیند فرانکلین مجهز به مته‌ای است که قادر است تا دو متر زیر سطح مریخ برسد. این کاوشگر اروپایی امیدوار است با دور زدن کامل لایه بالایی که به شدت تحت تابش قرار گرفته است، مولکول‌های آلی پیچیده‌تر و دست‌نخورده‌تری را پیدا کند که میلیاردها سال توسط پرتوهای کیهانی تخریب نشده‌اند.[1][4]

ماهیت خاص هفت مولکول تازه کشف شده به ویژه برای شیمیدانان آلی هیجان‌انگیز است. وجود هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای – مولکول‌هایی متشکل از حلقه‌های کربنی متعدد به هم پیوسته – نشان‌دهنده یک محیط شیمیایی قوی است. روی زمین، PAHs اغلب در ذخایر زغال سنگ و نفت یافت می‌شوند، اما در محیط میان‌ستاره‌ای نیز فراوان هستند. حضور آنها در مریخ نشان می‌دهد که این سیاره مواد خام لازم برای شروع شیمی پیش‌زیستی را داشته است، صرف نظر از اینکه آیا آن شیمی هرگز از آستانه زیست‌شناسی عبور کرده است یا خیر.[2][3]

موقعیت کنجکاوی در کوه شارپ (Mount Sharp)، قله مرکزی دهانه گیل، یک رکورد زمانی منحصر به فرد ارائه می‌دهد. همانطور که کاوشگر از کوه بالا می‌رود، در حال حرکت رو به جلو در زمان مریخ است. لایه‌های پایینی که این مواد آلی در آنها یافت شدند، نشان‌دهنده قدیمی‌ترین و مرطوب‌ترین دوره‌های تاریخ مریخ هستند. کاوشگر در حال حاضر در حال انتقال به منطقه‌ای است که تحت سلطه نمک‌های سولفات است، که دانشمندان معتقدند نشان‌دهنده دورانی است که مریخ شروع به خشک شدن و از دست دادن جو خود کرد.[3]

با مقایسه ذخایر آلی لایه‌های قدیمی‌تر و غنی از رس با لایه‌های جوان‌تر و غنی از سولفات، دانشمندان امیدوارند بفهمند که چگونه تغییرات آب و هوایی سیاره بر شیمی آلی آن تأثیر گذاشته است. آیا تولید این مولکول‌ها با تبخیر دریاچه‌ها متوقف شد، یا اینکه کانی‌شناسی در حال تغییر صرفاً نحوه حفظ آنها را تغییر داد؟ پاسخ به این سؤالات برای درک سرنوشت نهایی قابلیت سکونت مریخ حیاتی است.[2][3]

پیامدهای این کشف بسیار فراتر از مریخ است. اگر شیمی آلی پیچیده بتواند در یک سیاره سنگی که میلیاردها سال پیش جو و آب سطحی خود را از دست داده، ایجاد و حفظ شود، این امر نویدبخش بزرگی برای جستجوی حیات در جاهای دیگر منظومه شمسی است. قمرهای یخی مشتری و زحل – اروپا و انسلادوس – دارای اقیانوس‌های زیرسطحی وسیع و دریچه‌های گرمابی هستند. اگر مریخ توانسته این مولکول‌ها را در یک دریاچه سطحی گذرا تولید کند، اقیانوس‌های عمیق و پایدار منظومه شمسی بیرونی ممکن است مملو از آنها باشند.[1][3]

برای تیم‌های مهندسی در آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL)، این کشف گواهی بر میراث ماندگار کاوشگر کنجکاوی است. این کاوشگر با نیروی هسته‌ای که برای مأموریت اصلی تنها دو سال زمینی طراحی شده بود، اکنون بیش از یک دهه است که در مریخ کاوش می‌کند. این کاوشگر از طوفان‌های گرد و غبار جهانی، زمین‌های خائنانه و تخریب آهسته چرخ‌هایش جان سالم به در برده و مدت‌ها پس از پایان عمر مورد انتظار خود، به ارائه علم متحول‌کننده ادامه داده است.[1]

در نهایت، شناسایی این هفت مولکول آلی جدید، یک فصل از اکتشافات مریخ را می‌بندد و فصل دیگری را می‌گشاید. دیگر نیازی نیست که تعجب کنیم آیا مریخ از ابتدا یک سنگ بایر و سترون بوده است. اکنون با اطمینان می‌دانیم که مریخ دنیایی غنی از مواد آلی بوده و تمام مواد لازم برای حیات، آن‌گونه که ما می‌شناسیم، را در اختیار داشته است. جستجو اکنون به طور قطعی از یافتن بلوک‌های سازنده به یافتن سازندگان تغییر کرده است.[1][2]