Vědecká studie založená na datech z vozítka Curiosity odhalila složité organické molekuly v marsovských horninách, které podle výpočtů mohly být v minulosti až tisíckrát hojnější. Jejich množství nelze snadno vysvětlit známými geologickými procesy – a tak poprvé vážně zaznívá hypotéza: mohly je vytvořit dávné mikroorganismy.
Když pomyslíme na Mars, vybaví se nám obraz studené, suché, rudé pouště s prašnými větry a řídkou atmosférou. Pod tímto zdánlivě neživým povrchem se však skrývají chemická tajemství. Je jich hodně. A tato tajemství stále více ukazují na skutečnost, že rudá planeta byla v minulosti mnohem dynamičtějším světem s kapalnou vodou, aktivními sopkami a překvapivě bohatou chemií.
Již několik let rovery zkoumající rudou planetu detekují stopy organických sloučenin, molekul na bázi uhlíku, které na Zemi tvoří základ života (první z nich byly zjištěny v roce 2014 díky Curiosity), i když vždy s opatrností: samotná přítomnost organických látek život nedokazuje. V astrobiologii „organický“ neznamená automaticky „biologický“: označuje pouze přítomnost uhlíku ve více či méně složitých chemických strukturách.
„Problém“ spočívá v tom, že organické sloučeniny se netýkají výhradně živých organismů: mohou vznikat geologickými nebo chemickými procesy bez účasti biologie, například reakcemi za přítomnosti horké vody, vulkanickou činností, interakcí hornin se slanou vodou nebo pádem meteoritů bohatých na uhlík. Víme totiž, že mnoho meteoritů a komet obsahuje organické molekuly a že čistě fyzikální a chemické procesy je mohou vytvářet i za úplné absence života.
Studie publikovaná v časopise Astrobiology však naznačuje, že některé organické molekuly nalezené v marťanských horninách jsou příliš hojné na to, aby je bylo možné vysvětlit pouze těmito „nebiologickými“ procesy. Nejde jen o to, zda se tam organické látky nacházejí, ale také o to, kolik organického materiálu by tam původně bylo a jakého typu.
Studie, kterou vedl Alexander A. Pavlov z Goddardova střediska kosmických letů NASA, vychází z analýzy dat získaných vozítkem Curiosity v kráteru Gale. V tomto kráteru o průměru asi 150 kilometrů se nachází hora Mount Sharp (Aeolis Mons), hora sedimentárních vrstev, které zaznamenávají miliardy let marťanské historie. V útvaru známém jako Cumberland zde byly zjištěny organické molekuly s dlouhým řetězcem, které patří do skupiny alkanů, sloučenin hojně zastoupených v pozemské organické chemii a často spojených se zbytky mastných kyselin a buněčných membrán.
Tyto molekuly představují největší organické sloučeniny dosud nalezené na Marsu a jejich detekce přístrojem Curiosity znamenala milník v průzkumu sousední planety. Již předchozí analýzy identifikovaly jednodušší organické látky, ale tyto alkany s dlouhým řetězcem jsou složitější a na Zemi jsou často spojeny s biologickými procesy a živými strukturami, jako jsou buněčné obaly nebo zbytky organismů, které se hromadí v sedimentech. Zatím vždy, když NASA oznámila výskyt organických sloučenin na Marsu, vědci dávali jasně najevo, že to nedokazuje existenci života, ať už v minulosti nebo v současnosti. Poučení z desetiletí trvajících sporů – včetně slavného sporu o experimenty se sondou Viking v 70. letech minulého století – je, že je třeba zachovávat opatrnost.
To, čím se studie Pavlovova týmu liší, je kombinace několika nástrojů: laboratorních experimentů, matematických modelů a vlastních dat ze sondy Curiosity, které umožňují „přetočit“ chemickou historii marsovské horniny. Cílem je odhadnout, kolik původní organické hmoty mohlo být přítomno předtím, než ji marťanské kosmické záření během milionů let rozložilo.
Mars na rozdíl od Země nemá globální magnetické pole ani hustou atmosféru, která by ho chránila. To znamená, že jeho povrch je vystaven neustálému bombardování kosmickým zářením a ultrafialovým paprsky, které mohou narušit chemické vazby a zničit složité organické molekuly. Curiosity nese přístroj RAD (Radiation Assessment Detector), který právě takové radiační prostředí na povrchu Marsu změřil (RAD, NASA).
S těmito informacemi Pavlovův tým v laboratoři simuloval, jak by se v marťanských podmínkách rozkládaly organické látky z Cumberlandu po dobu stovek milionů nebo miliard let. Na základě těchto výsledků autoři odhadují, že před vystavením radiaci mohla být koncentrace těchto sloučenin stokrát nebo dokonce tisíckrát vyšší než v současnosti zjištěná. Jinými slovy, to, co dnes vidí Curiosity, by bylo pouze chemickou „kostrou“ mnohem bohatšího organického inventáře v minulosti.
Studie uvádí, že takovou úroveň koncentrace nelze snadno vysvětlit známými nebiologickými zdroji, jako je přílet částic bohatých na uhlík z vesmíru, usazování atmosférického aerosolu nebo běžné geologické procesy. Tým porovnal své odhady s tím, co by se dalo očekávat od:
- Organický materiál, který je dodáván meteority a meziplanetárním prachem, který na Mars dopadá nepřetržitě.
- Fotochemických procesů v atmosféře, které jsou schopny vytvářet jednoduché organické molekuly, které se pak usazují na povrchu.
- Hydrotermální reakce (interakce horké vody s horninami), které by teoreticky mohly produkovat určité typy organických látek.
Ve všech případech byla tato množství nedostatečná k vysvětlení předpokládaného obohacení organickými látkami v cumberlandských břidlicích. Místo toho je na stole pracovní hypotéza, že „některé z těchto molekul mohly být vyprodukovány dávným marťanským biologickým systémem,“ říká Pavlovův tým.
Autoři jsou opatrní a výslovně zdůrazňují, že tento výsledek není důkazem marťanského života: „Souhlasíme s tvrzením Carla Sagana, že mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy,“ uzavírá studie, „a chápeme, že jakýkoli údajný objev života na Marsu bude nutně čelit intenzivnímu zkoumání. Navíc v praxi, při zavedených normách v oblasti astrobiologie, konstatujeme, že jistota detekce života mimo Zemi bude vyžadovat více důkazů. Nicméně náš přístup nás vedl k odhadu, že cumberlandské břidlice obsahovaly vysoké koncentrace alkanů s dlouhým řetězcem neslučitelné s některými známými abiotickými zdroji organických molekul na dávném Marsu. Není tedy nepřiměřené předpokládat, že by starověká marťanská biosféra byla schopna produkovat takovou úroveň obohacení komplexními organickými látkami.“
Pro pochopení rozsahu tohoto tvrzení je užitečné objasnit, co se v tomto kontextu rozumí pod pojmem „biosféra“. Nemluvíme nutně o marťanských lesích nebo složitých formách života, ale o společenstvech mikrobů schopných přetvářet chemické prostředí: hypotetických bakteriích nebo archeích, které podobně jako na rané Zemi mohly žít v jezerních sedimentech, podzemních vodách nebo hydrotermálním prostředí a zanechávat po sobě organické zbytky, které by se zachytily v horninách.
Na Zemi vykazují sedimenty bohaté na organické látky – například ty, které nakonec daly vzniknout ropným břidlicím nebo ropným polím – vysoké koncentrace alkanů s dlouhým řetězcem a dalších sloučenin pocházejících z buněčných membrán a lipidů. Tato paralela sama o sobě nic nedokazuje, ale slouží jako reference: pokud uvidíme něco kvantitativně podobného na Marsu, biologické vysvětlení se stane možností, kterou je třeba brát vážně.
Co to znamená pro hledání života na Marsu? Zaprvé to ukazuje, že Mars si mohl uchovat složité organické sloučeniny po miliardy let, a to navzdory intenzivnímu záření, které bombarduje jeho povrch kvůli řídké atmosféře. To naznačuje, že dávná marťanská prostředí, jako jsou jezera a sedimenty bohaté na kapalnou vodu, mohla ukrývat prebiotickou chemii (chemii, která předchází životu) na vyšší úrovni složitosti, než se očekávalo.
Samotný kráter Gale, v němž Curiosity pracuje od roku 2012, je interpretován jako dno dávného jezera s dlouhou životností. Analýza sedimentů odhalila jíly, sírany a minerály, které se tvoří v přítomnosti vody, a také podmínky pH a salinity, které by na Zemi byly slučitelné s mikrobiálním životem. Jinými slovy, byla zde nejen voda, ale po delší dobu i „obyvatelná“ voda.
Zadruhé to otevírá dveře pro budoucí mise, které budou hledat další přímé biologické znaky. Analýza izotopů uhlíku, molekulárních struktur nebo dokonce mikroskopických mikrofosilií bude vyžadovat sofistikovanější přístroje, než jaké jsou k dispozici na současných roverech. Curiosity a Perseverance mohou detekovat a charakterizovat organické látky, ale nejsou navrženy tak, aby poskytly „definitivní důkaz“ o minulém životě.
Jedním z nejslibnějších nástrojů bude ve skutečnosti přivézt vzorky zpět na Zemi. Mise Perseverance, která zkoumá kráter Jezero – další dávné jezero -, sbírá jádra hornin, která by mohla být v budoucnu získána v rámci kampaně Mars Sample Return. Tyto vzorky by mohly být analyzovány v pozemských laboratořích pomocí technik, které by rover nemohl miniaturizovat: elektronová mikroskopie s ultravysokým rozlišením, extrémně přesná izotopová analýza, hledání molekulárních vzorců typických pro život atd.
Kromě toho Evropská kosmická agentura (ESA) připravuje misi ExoMars Rosalind Franklin, jejímž hlavním cílem je pátrat po známkách minulého života na Marsu. Její vrták bude schopen vrtat do hloubky přibližně 2 m, kde je radiace mnohem nižší a organické molekuly mohou být lépe zachovány. Pavlovova studie posiluje myšlenku, že hledání pod povrchem je klíčové, pokud chceme najít méně degradované chemické signály.
Je třeba také poznamenat, že přítomnost složitých organických látek na Marsu zapadá do širšího obrazu: Sluneční soustava je zřejmě plná organické chemie. Sonda Cassini objevila složité organické molekuly v gejzírech na Enceladu, Saturnově měsíci s podpovrchovým oceánem. Mise Rosetta našla organické sloučeniny na kometě 67P/Churyumov-Gerasimenko. A ještě složitější uhlovodíkové řetězce byly identifikovány v atmosféře Saturnova měsíce Titanu.
To vše naznačuje, že chemie nezbytná pro život není vzácná. Co však zůstává neznámé, je to, zda tato chemie snadno přechází do biologie – tedy zda život vzniká relativně běžně, když jsou k tomu vhodné podmínky – nebo zda se jedná o extrémně nepravděpodobnou událost. Mars se svou vlhkou minulostí a dostupnými geologickými záznamy je jedním z nejlepších míst, kde se můžeme pokusit na tuto otázku odpovědět.
Samozřejmě ne všichni badatelé jsou přesvědčeni, že biologické vysvětlení je nejpravděpodobnější. Někteří poukazují na to, že stále mohou existovat abiotické procesy, kterým plně nerozumíme a které jsou schopny koncentrovat organické látky v některých marťanských sedimentech. Jiní připomínají, že interpretaci údajů o organických látkách na Marsu komplikuje přítomnost perchlorátů – vysoce oxidujících solí -, které mohou při zahřívání v přístrojových pecích měnit molekuly a vytvářet produkty, které přesně neodrážejí původní složení horniny.
Právě proto Pavlovova studie tolik trvá na potřebě „více linií důkazů“. Jediné měření, jakkoli sugestivní, nestačí. Je třeba:
- Více detekcí složitých organických látek na různých místech Marsu.
- Konzistentní vzorce mezi geochemií hornin a typem přítomných organických látek.
- Izotopové signatury (např. u uhlíku nebo síry), které na Zemi jednoznačně souvisejí s biologickými procesy.
- A v nejlepším případě fyzikální struktury – jako jsou mikrofosilie nebo sedimentární textury – které dávají smysl pouze v případě přítomnosti života.
V konečném důsledku tato studie sice neprohlašuje existenci marťanského života, ale poskytuje jedno z nejlepších vodítek, že chemii Marsu nelze vysvětlit pouze známými geologickými procesy. Tato možnost podněcuje jednu z nejhlubších debat v moderní vědě: zda život ve své nejjednodušší formě vznikl na více místech sluneční soustavy.
Pokud by na Marsu existovala biosféra – jakkoli mikroskopická a pomíjivá – znamenalo by to, že život není náhodou, která by se týkala pouze Země, ale jevem, který se může objevit všude tam, kde se spojí tekutá voda, zdroje energie a dostatečně bohatá organická chemie. A v důsledku toho by se výrazně zvýšila pravděpodobnost existence života na jiných světech: na ledových měsících Jupiteru a Saturnu, na exoplanetách obíhajících kolem jiných hvězd nebo dokonce na místech, která dnes ani nepovažujeme za „obyvatelná“.
Odpověď zatím zůstává otevřená. Ale každá nová informace – jako například Cumberlandovy alkany s dlouhým řetězcem – obrací otázku z „byl někdy na Marsu život?“ na „jaký to byl život, jak dlouho trval a jaké stopy zanechal v horninách?“.
Zatímco čekáme na další mise, které přivezou vzorky na Zemi a nasadí výkonnější přístroje, studie, jako je ta Pavlovova, plní klíčovou funkci: zužují, která vysvětlení jsou pravděpodobná a která ne. A prozatím je závěr jasný: pokud chceme skutečně pochopit vznik a rozšíření života ve vesmíru, Mars zůstane ještě dlouho nejbližší a nejzajímavější přírodní laboratoří, kterou máme.