دو ماه پیش، ناسا اعلام کرد که برای نخستین بار در دادههای ارسالی از سطح مریخ، مجموعهای از مولکولهای آلی پیچیده شناسایی شدهاند؛ ترکیباتی بر پایهی کربن که بهطور مستقیم با شیمی پیشزیستیِ سازندهی RNA و DNA در زمین مرتبطاند. این مولکولها درون سنگهایی رسوبی و رسی کشف شدند که قدمتشان به حدود ۳.۵ میلیارد سال پیش، یعنی دورهای از مریخ بازمیگردد که این سیاره هنوز آب مایع روی سطح خود داشته است.
کنجکاوی Curiosity
این کشف توسط مریخنورد Curiosity rover انجام شد؛ رباتی که از سال ۲۰۱۲ در دهانهی Gale Crater فعالیت میکند. Curiosity به یک آزمایشگاه شیمیایی کامل مجهز است به نام Sample Analysis at Mars (SAM)؛ سیستمی که میتواند نمونههای سنگ و خاک مریخ را خرد کند، حرارت دهد، گازهای آزادشده را جداسازی کند و با طیفسنجی جرمی ترکیب شیمیایی آنها را تحلیل کند.
برای آشکارسازی مولکولهای آلی پنهان در ساختار سنگ، این سیستم از روشهای شیمی تجزیهای استفاده میکند که شامل فرآیند "wet chemistry" است؛ روشی که در آن نمونهی پودر شدهی سنگ در مقدار کمی حلال قرار میگیرد تا واکنشهای شیمیایی بتوانند مولکولهای بزرگتر و پیچیدهتر را به اجزای قابل شناساییتر تجزیه کنند. در خود سیستم Sample Analysis at Mars (SAM)، برخی از این آزمایشها در کاپ های کوچک حاوی حلال انجام میشوند. در میان این کاپ ها، تنها دو عدد حاوی محلول tetramethylammonium hydroxide (TMAH) هستند که برای نمونههای بسیار ارزشمند و خاص ذخیره شدهاند. این روش امکان تحلیل مولکولهایی را فراهم میکند که در حالت عادی به دلیل اندازه یا ساختارشان قابل شناسایی مستقیم نیستند و در نتیجه میتوانند اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی مواد آلی موجود در سنگ ارائه دهند.
همین محدودیت باعث شد که انتخاب نمونهها به یک تصمیم بسیار حساس و چندساله تبدیل شود. دانشمندان باید تصمیم میگرفتند کدام سنگها ارزش مصرف یکی از معدود فرصتهای آزمایش را دارند.
انتخاب نمونهها
در نهایت تمرکز روی سنگهایی رفت که از بخشهایی از کوه Mount Sharp در دهانهی Gale Crater جمعآوری شده بودند؛ ناحیهای که در گذشتهی بسیار دور توسط دریاچهها و جریانهای آبی پوشیده بوده است. این محیط در طول تاریخ باستانی مریخ بارها پر و سپس خشک شده و در نهایت با رسوبات غنی از کانیهای رسی پوشیده شده است. این کانیهای رسی بهویژه توانایی بالایی در حفظ ترکیبات آلی دارند، زیرا میتوانند مولکولهای کربندار را در ساختار خود محافظت کرده و از تخریب آنها در بازههای زمانی بسیار طولانی جلوگیری کنند.
نتایج فراتر از انتظار
وقتی یکی از این نمونهها در SAM مورد تجزیه قرار گرفت، نتیجه فراتر از انتظار بود. در مجموع حدود ۲۱ ترکیب آلی مختلف شناسایی شد؛ متنوعترین مجموعهی مولکولهای آلی کشفشده تا آن زمان روی مریخ. از میان این ترکیبات، هفت مورد برای نخستین بار در سیارهی سرخ شناسایی شده بودند.
در میان این مجموعه، دو گروه از اهمیت ویژهای برخوردار بودند.
اولین گروه شامل ترکیبات آروماتیک گوگرددار مانند بنزوتیوفن بود. این مولکولها در زمین نیز شناخته شدهاند و در محیطهای مختلفی از جمله برخی شهابسنگهای کربنی اولیه مانند شهابسنگ Murchison دیده میشوند. حضور چنین ترکیباتی در مریخ میتواند نشاندهندهی این باشد که بخشی از مواد آلی اولیه ممکن است از طریق برخورد شهابسنگها در اوایل تاریخ منظومهی شمسی به سطح مریخ رسیده باشند.
دومین گروه شامل هتروسیکلهای نیتروژنی بود؛ ساختارهایی حلقهای که در زمین نقش کلیدی در شیمی زیستی دارند و در ترکیبات پایهای RNA و DNA مانند آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل حضور دارند. کشف چنین ساختارهایی روی مریخ، بدون اینکه به معنای وجود حیات باشد، نشان میدهد که پیشسازهای شیمیایی لازم برای شکلگیری زیستمولکولها میتوانستهاند در محیط مریخ باستانی وجود داشته باشند یا بهطور طبیعی تولید شوند.
منشأ: سه سناریو
با این حال، منشأ دقیق این مولکولها هنوز مشخص نیست. سه سناریوی اصلی همچنان مطرح هستند: نخست، تولید آنها از طریق واکنشهای شیمیایی غیرزیستی در سطح یا زیر سطح مریخ، در حضور آب، مواد معدنی و تابش فرابنفش. دوم، ورود این ترکیبات از طریق شهابسنگها و دنبالهدارها در دوران اولیهی منظومهی شمسی. و سوم، احتمال شکلگیری فرآیندهای پیشزیستی پیچیدهتر که هنوز در زمین یا مریخ بهطور کامل درک نشدهاند.
آینده: Perseverance
در سوی دیگر مریخ، مریخنورد Perseverance rover در دهانهی Jezero Crater مشغول جمعآوری و ذخیرهسازی نمونههای سنگ در لولههای مهر و مومشده است. هدف این مأموریت نه فقط تحلیل درجا، بلکه بازگرداندن این نمونهها به زمین در مأموریتهای آینده است؛ جایی که آزمایشگاههای زمینی با دقتی بسیار بالاتر میتوانند آنها را بررسی کنند.
به همین دلیل، این کشفها تنها یک نقطه پایان نیستند، بلکه آغاز یک مسیر هستند. اگر Curiosity نشان داد که مریخ گذشتهای شیمیایی پیچیده داشته، Perseverance ممکن است روزی نشان دهد که این پیچیدگی تا چه حد به آستانهی شکلگیری حیات نزدیک شده بوده است.
و در نهایت، سؤال هنوز همان است: این مولکولها صرفاً نتیجهی شیمی بیجان یک سیارهی قدیمیاند، ردپای مواد کیهانیاند که از فضا آمدهاند، یا نشانههایی خاموش از یک مسیر زیستی که هرگز کامل نشده است؟