TROCKEN UND KALT: SUCHE NACH LEBEN AUF DEM MARS - GFZpublic
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft, www.eskp.de Klimawandel · Trockenheit TROCKEN UND KALT: SUCHE NACH LEBEN AUF DEM MARS Dirk Schulze-Makuch 1 2 1 Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ 2 Technische Universität Berlin, Zentrum für Astronomie und Astrophysik Zuerst publiziert: 10. Juni 2020, 7. Jahrgang Digitaler Objektbezeichner (DOI): https://doi.org/10.2312/eskp.029 Teaser Die Frage, ob es auf dem Mars Leben gibt oder gegeben hat, ist nicht befriedigend geklärt. Die Forschung nimmt einen neuen Anlauf, um das herauszufinden. Keywords Leben auf dem Mars, Mars2020, ExoMars, Percival Lowell, Viking, Phoenix, Labelled Release Experiment, Pyrolytic Release Experiment, Gas Exchange Experiment, ALH 84001, Astrobiology, Thiophene, Atacama Gibt es Leben auf dem Mars? Und hat es jemals Leben auf dem Mars gegeben? Diese Fragen stellen sich erneut, und wichtige Raumfahrtorganisationen, wie NASA und ESA, wollen eine Antwort darauf finden. In den vergangenen Jahrzehnten pendelten die Auffassungen in der Wissenschaft zwischen „keine Chance“ und „sehr wahrscheinlich“ hin und her. Die Möglichkeit von Leben auf dem Mars hat immer schon einige der hellsten Köpfe auf unserem Planeten beschäftigt. Bereits sehr früh, am Beginn des 20. Jahrhunderts, glaubte Percival Lowell, auf dem Mars Kanäle zu erblicken, künstliche Konstruktionen, von denen er annahm, sie seien von intelligenten Außerirdischen erbaut worden. Als allerdings mehr als 60 Jahre später die ersten Raumsonden am Mars vorbei flogen, bot sich ihnen ein trostloser Anblick: keine Kanäle, keine Vegetation, keinerlei Anzeichen für Leben, sondern eine Landschaft, die sich nicht sehr von der des Mondes unterschied. Wie es aussah, ist der Mars ein toter Felsen im Weltall.
Allerdings erlaubten spätere Missionen eine gründlichere Bestandsaufnahme, und ein genauerer Blick führte zur Entdeckung von Landschaften, die Einschnitte aufwiesen, welche von fließendem Wasser herrührten. Erosionsstrukturen wurden entdeckt, die uralte Küstenlinien darstellen könnten, und manche der zahlreichen Asteroiden, die auf dem Mars einschlugen, trafen eindeutig wasserreiche Gebiete. Die NASA wollte es genau wissen und sandte die beiden Viking-Sonden zum Mars, die jeweils aus einem Orbiter und einer Landeplattform bestanden. Die Landeplattform hatte Einrichtungen zur Durchführung von drei Experimenten und ein Gas-Chromatograph-Massenspektrometer (GC-MS) an Bord, um die Frage zu klären, ob es Leben auf dem Mars gibt. Dies sind bis heute die einzigen Experimente zur Feststellung von Leben, die jemals auf einem anderen Planetenkörper durchgeführt wurden. Die Viking-Experimente zur Entdeckung von Leben Die Payload der Viking-Sonden wurden in einigen der härtesten Umgebungen der Erde getestet, wie zum Beispiel in der Atacama-Wüste in Chile und den Dry Valleys in der Antarktis, um festzustellen, ob sie in solch trostlosen Gegenden Leben entdecken könnten. Eine Reihe rigoroser Tests wurde durchgeführt, um sicher zu gehen, dass man die Resultate vom Mars auch zutreffend interpretieren könnte. Abb. 1: Die „Viking Landers“ (Foto: Jet Propulsion Laboratory / NASA) Dennoch, als die ersten Ergebnisse von den Experimenten auf dem Marseintrafen, waren die Wissenschaftler verblüfft. Diese Ergebnisse erbrachten Hinweise auf Leben, allerdings
waren sie auch widersprüchlich. Das Experiment, das am ehesten auf Leben verwies, war das Labelled Release Experiment (LR), das entwickelt worden war, mikrobiellen Stoffwechsel auf dem Mars anzuzeigen, indem eine Bodenprobe mit einer wässrigen Nährlösung versetzt wurde. Die LR-Ergebnisse waren insgesamt positiv. Das Pyrolytic Release Experiment (PR) war dazu gedacht, festzustellen, ob es auf dem Mars autotrophes Leben gibt, indem das Potential zu organischer Synthese untersucht wurde, wenn man gasförmigen, radioaktiven Kohlenstoff der Bodenprobe hinzufügte. Autotrophes Leben ernährt sich ausschließlich von anorganischen Stoffen. Ein Beispiel für einen autotrophen Lebensprozess auf der Erde ist die Photosynthese. Die Ergebnisse waren in einem Fall eindeutig positiv, bei den anderen Versuchen aber negativ. Das dritte, das Gas Exchange Experiment, erbrachte Hinweise auf den Austritt von Gasen, wenn dem Marsboden organische und anorganische Nährstoffe hinzugefügt wurden, allerdings ließen sich diese Hinweise besser als Folgen anorganischer Reaktionen erklären. Da das Gas-Chromatograph-Massenspektrometer keinerlei organische Stoffe feststellen konnte – lediglich organische Spuren, von denen man annahm, dass sie von der Erde herrührende Kontaminationen darstellten – gelangte die Mehrheit der Wissenschaftler zu der Ansicht, dass das Ergebnis der Experimente zur Feststellung von Leben negativ sei. Gerald Soffen, damals Projektleiter, fasste die Befunde unter „keine Körper, kein Leben“ zusammen und bezog sich dabei auf das Fehlen organischer Bestandteile, die man hätte vorweisen müssen, um die Ergebnisse im Sinne der Existenz von Leben zu interpretieren. Allerdings war diese Interpretation einigermaßen unbefriedigend, denn erstens entdeckten die Viking-Experimente auch in einigen analogen irdischen Umgebungen keine organischen Bestandteile – obwohl man doch wusste, dass es dort Leben gab, nachdem man Methoden mit geringerer Nachweisgrenze angewandt hatte. Zweitens wissen wir, dass auf dem Mars organische Stoffe existieren, die von Kometen und Asteroiden stammen, denn Wissenschaftler haben organische Bestandteile in Meteoriten entdeckt, die vom Mars stammen. Der Mars-Meteorit ALH 84001 Einer dieser Meteoriten, der kartoffelgroße Mars-Meteorit ALH 84001, schlug große Wellen, nicht aufgrund des Kraters, den er erzeugte, sondern unter Wissenschaftlern und in der Öffentlichkeit. ALH 84001 wurde 1984 in den Alan Hills Bergen der Antarktis entdeckt. Wie Präsident Clinton es in einer berühmten, vom Weißen Haus veranstalteten Pressekonferenz ausdrückte: „Heute spricht der Gesteinsbrocken 84001 über Milliarden von Jahren und Millionen von Meilen hinweg zu uns. Er erzählt von der Möglichkeit des Lebens.“ Es war klar, dass der Gesteinsbrocken vom Mars stammte aufgrund der Zusammensetzung der Spurengase, die der Mars-Atmosphäre entsprachen, so wie sie von der Viking Mission
gemessen worden war. ALH 84001 löste sich vor 3,6 Milliarden Jahren von einer anscheinend mit Grundwasser gesättigten Gegend auf dem Mars, bevor er vor ca. 13.000 Jahren auf der Erde landete. Seit seiner Landung wurde er nicht von der Erde kontaminiert, und man betrachtete die innerhalb des Gesteinsbrockens gefundenen organischen Bestandteile als vom Mars stammend. Als eine Gruppe von Wissenschaftlern den Meteoriten untersuchte, behaupteten sie, eine Reihe von Anzeichen innerhalb des Gesteins gefunden zu haben, die zu Leben passten. Am überzeugendsten waren reine Magnetitkristalle, von denen sich später herausstellte, dass sie in Form von magnetischen Kettenvorliegen, die typisch für magnetotaktische Bakterien sind. Magnetotaktische Bakterien orientieren sich bei der Bewegung am Magnetfeld. Außerdem wurden innerhalb des Meteoriten nahe bei einander liegende reduzierende und oxydierende Stellen gefunden, die typisch für mikrobielle Aktivitäten sind. Allerdings entwickelte sich schnell und heftig eine Opposition dagegen, diesen Meteoriten im Sinne von Leben zu deuten. Es stellte sich heraus, dass auch anorganische Prozesse viele der Beobachtungen erklären konnten, welche die Interpretation im Sinne von Leben unterstützten. Es ist bis heute umstritten, ob die an ALH 84001 beobachteten Strukturen und chemischen Prozesse biologischer Natur sind oder nicht – und die Wissenschaft ist desbezüglich ebenso gespalten wie im Falle der Viking-Resultate. Allerdings brachte ALH 84001 die NASA dazu, das NASA Astrobiology Institute einzurichten, um der Kontroverse auf den Grund zu gehen und ganz allgemein nach bewohnbaren Planeten und Leben im Universum zu suchen. Ein genauerer Blick auf den Mars Nach der Viking-Mission, konzentrierte sich die NASA auf die Suche nach Wasser als eines notwendigen Bestandteils des Lebens. Obwohl Fortschritte nur langsam erzielt wurden und Flüge zum Mars in immer größeren Abständen stattfanden und weniger spektakulär waren, so verfeinerten sie dennoch unser Verständnis der Umweltbedingungen auf dem Mars, besonders in dessen Frühzeit. Es ergab sich das Bild, dass der Mars sich in seiner Frühzeit nicht wesentlich von der Erde unterschied, dass es auf seiner Oberfläche sogar Ozeane und Seen gab. Der Mars war in seiner Frühgeschichte kalt und feucht, weitaus kälter als die Erde, doch die im Wasser gelösten Salze müssen die großen Wassermengen auf seiner Oberfläche flüssig gehalten haben. Nachfolgende Missionen begannen, sich mit der Frage zu beschäftigen ob es organische Verbindungen auf dem Mars gibt. Es wurde deutlich, dass organisches Material dort existiert und in der Vergangenheit existierte, allerdings in chlorierter Form aufgrund stark oxidierender Chemikalienwie z. B. in Form von Perchlorat (ClO4-), dass auf dem Mars zum ersten Mal von der Phönix-Landefähre entdeckt wurde. Eine der neuen Erkenntnisse war, dass die von der Viking-Mission entdeckten organischen Spuren vermutlich ebenfalls organisches Material vom Mars darstellten und nicht von Kontaminationen herrührten. Es
stellt sich die Frage wie Gerald Soffen und andere Wissenschaftler wohl die Viking- Experimente zur Feststellung von Leben interpretiert hätten, wenn sie über diese Informationen bereits verfügt hätten. Andererseits wurde ebenso deutlich, wie hoch die UV- und Ionen-Strahlung auf der Oberfläche des Mars ist. Wie könnte unter diesen Umständen Leben existieren? Abb. 2: Salzgestein im hyperariden Kern der Atacama-Wüste. Der Einsatz zeigt eines dieser Gesteine mit einer Schicht aus Scytonemin, einem von Cyanobakterien verwendeten Pigment. (Foto: Dirk Schulze- Makuch) Doch die NASA überwand ihr altes Mantra nach Wasser zu suchen und begann auf dem Mars nach organischen Verbindungen zu suchen um Leben zu finden. Die erste Mission, die darauf ausgelegt war, nach organischen Verbindungen zu suchen, war der Curiosity Rover, der im Jahre 2011 startete. Er entdeckte eine ganze Reihe organischer Verbindungen, von denen etliche aus schwefelreichem organischen Stoffen bestanden, die als Thiophene bezeichnet werden. Wissenschaftler, darunter auch welche aus einem Projekt unserer Forschungsgruppe, skizzierten sowohl mögliche biogene als auch abiogene Entstehungswege für die Thiophene. In der Zwischenzeit ging auch auf der Erde die Forschung in Mars-analogen Umgebungen weiter, besonders in Gegenden, in denen es Perchlorate sowie Mineralien und chemische Verbindungen gibt, wie sie von den Rovern, Landefähren und Orbitern auf dem Mars gefunden worden waren. Weitere analoge Studien auf der Erde wurden im Zusammenhang mit einem Projekt durchgeführt, in dessen Verlauf man in den trockensten Gebieten der Atacama-Wüste, in denen die jährliche Regenmenge weniger als 2 mm beträgt, immer
noch temporäre Lebensräume von Mikroben feststellte. In diesen Gegenden gibt es auch Salzgesteine, in denen mikrobielles Leben existiert, das sein Wasser unmittelbar aus der Atmosphäre bezieht. Mit Hilfe hygroskopischer Minerale wie z. B. Natriumchlorid sind bestimmte Mikroben dazu in der Lage, indem sie sich einen physikalischen Prozess zunutze machen, den man als Deliqueszenz bezeichnet. Im Verlaufe dieses Prozesses wird eine ausreichende Menge Wasser aus der Atmosphäre bezogen, um eine sehr salzreiche wässrige Lösung zu erzeugen. Eine derartige Form der Anpassung wäre auch für mögliche Mikroben auf dem Mars nützlich, um die kritische Menge an Wasser aus der Atmosphäre zu beziehen. Die Viking-Landefähren haben Bodenfrost und Nebel beobachtet, was bedeutet, dass in bestimmten Regionen des Mars die relative Luftfeuchtigkeit hoch genug für Deliqueszenz ist. Abb. 3: Der Rosalind Franklin Rover der ExoMars-Mission (Foto: ESA) Wie ist nun der Stand der Dinge? Zwei ambitionierte Mars-Missionen sollten dieses Jahr beginnen. Die erste ist die Mars 2020 Mission der NASA, die nach wie vor für den Juli dieses Jahres vorgesehen ist. Diese Mission ist mit einem Bohrer ausgestattet, der in der Lage ist, Bodenproben zu entnehmen und sie in einem „Zwischenlager“ auf dem Mars zu deponieren, damit sie später einmal von dort zur Erde gebracht werden können. Die Mars 2020 Mission ist auch die erste Mission, die ein Raman-Spektrometer verwenden soll, um auf dem Mars organische Verbindungen zu finden. Die zweite, noch spannendere Mission ist die ExoMars-Mission der ESA. Der zweite Teil dieser Mission besteht aus dem Rosalind Franklin Rover, der eigentlich ebenfalls in diesem Jahr starten sollte, aber dessen Start auf 2022 verschoben wurde. Ein Ziel dieser Mission ist es nach Anzeichen für vergangenes
Leben auf dem Mars zu suchen. Das Fahrzeug wird mit einem 2-Meter Kernbohrer ausgestattet sein und trägt zusätzlich den Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA), bei dem es sich um ein Instrument handelt, dass auf einem Massenspektrometer beruht und in der Lage ist, organische Verbindungen in einer Größenordnung von bis zu 10 ppb (10 Teilen pro Milliarde) festzustellen. Man hofft, so Biosignaturen entdecken zu können – das wäre der Nachweis für vergangenes Leben auf dem Mars. Damit kommt man den Experimenten zur Entdeckung von Leben am nächsten, die Ende der 70er Jahre von der Viking Mission durchgeführt wurden. Vielleicht kommt es diesmal zu entscheidenden Ergebnissen, mit denen sich die Frage nach Leben auf dem Mars beantworten lässt. Im Falle eines positiven Befundes hätten wir endlich eine Antwort auf die uralte philosophische Frage der Menschheit: Sind wir allein im Universum? Referenzen Davila, A. F. & Schulze-Makuch, D. (2016). The last possible outposts of life on Mars. Astrobiology, 16(2), 159-168. doi:10.1089/ast.2015.1380 Fairén, A. G. (2010). A cold and wet Mars. Icarus, 208(1), 165-175. doi:10.1016/j.icarus.2010.01.006 Hassler, D. M., Zeitlin, C., Wimmer-Schweingruber, R. F., Ehresmann, B., Rafkin, S., Eigenbrode, J. L., ... MSL Science Team. (2014). Mars´surface radiation environment measured with the Mars Science Laboratory´s Curiosity Rover. Science, 343(6169):1244797. doi:10.1126/science.1244797 Heinz, J. & Schulze-Makuch, D. (2020). Thiophenes on Mars: biotic or abiotic origin? Astrobiology, 20(4): 552-561. doi:10.1089/ast.2019.2139 Houtkooper, J. M. & Schulze-Makuch, D. (2007). A possible biogenic origin for hydrogen peroxide on Mars: the Viking results reinterpreted. International Journal of Astrobiology, 6(2): 147-152. doi:10.1017/S1473550407003746 Klein, H. P. (1999). Did Viking discover life on Mars? Origins of life and evolution of the biosphere, 29, 625-631. doi:10.1023/A:1006514327249 McKay, D. S., Gibson Jr., E. K., Thomas-Keprta, K. L., Vali, H., Romanek, C. S., Clemett, S. J., Chillier, X. D. F., Maechling, C. R., Zare, R. N. (1996). Search for past life on Mars: possible relic biogenic activity in Martian Meteorite ALH 84001. Science, 273(5277), 924- 930. doi:10.1126/science.273.5277.924 Navarro-González, R., Vargas, E., de la Rosa, J., Raga, A. & McKay, C. (2010). Reanalysis of the Viking results suggests perchlorate and organics at midlatitudes on Mars. Journal of Geophysical Research Planets, 115(E12):E12010. doi:10.1029/2010JE003599 Schulze-Makuch, D., Wagner, D, Kounaves, S. P., Mangelsdorf, K., Devine, K. D., de Vera, J.-P., ... Zamorano, P. (2018). Transitory habitat for microorganisms in the hyperarid Atacama Desert. PNAS, 115(11), 2670-2675. doi:10.1073/pnas.1714341115 Vago, J., Gardini, B., Kminek, G., Baglioni, P., Gianfiglio, G., Santovincenzo, A., Bayón, S. & van Winnendael, M. (2006). ExoMars – searching for life on the Red Planet. ESA Bulletin [www.esa.int/publications], 126, 16-23. Zitiervorschlag Schulze-Makuch, D. (2020, 10. Juni). Trocken und kalt: Suche nach Leben auf dem Mars. Earth System Knowledge Platform [www.eskp.de], 7. doi:10.2312/eskp.029
Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0 eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz- Gemeinschaft
Earth System Knowledge Platform – the knowledge platform of the Research Field Earth and Environment of the Helmholtz Association, www.eskp.de Climate change · Drought DRY AND COLD: THE SEARCH FOR LIFE ON MARS Dirk Schulze-Makuch 1 2 1 Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences 2 University of Technology Berlin, Zentrum für Astronomie und Astrophysik First published: June 10th, 2020, Volume 7 Digital Object Identifier (DOI): https://doi.org/10.2312/eskp.015 Teaser The question whether there is or has been life on Mars is unclear. Research is undertaking another attempt to find out. Keywords Life on Mars, Mars2020, ExoMars, Percival Lowell, Viking, Phoenix, Labelled Release Experiment, Pyrolytic Release Experiment, Gas Exchange Experiment, ALH 84001, Astrobiology, Thiophene, Atacama Is there life on Mars? And has there has been life on Mars? The question is back on and the major space agencies, NASA and ESA, want to find out. The likely answer to these questions has been bouncing back and forth ranging from “no chance” to “very likely” throughout the last decades. The possibility of life on Mars has always occupied some of the brightest minds on our planet. Early on, around the start of the 20th century Percival Lowell thought he saw canals on Mars, artificial constructions, that he envisioned were build by an alien intelligence. However, when the first spacecrafts flew by Mars, more than 60 years later, the outlook was bleak: no canals, no vegetation, no sign of any life, but a landscape not very much different from our Moon. As it looked, Mars is a dead rock in space. However, later spacecrafts allowed a more thorough evaluation and upon a closer look, landscapes were discovered that were carved by running water. Erosions rims were discovered that could represent ancient shorelines and some of the many asteroids that
impacted on Mars were clearly hitting water-rich areas. NASA wanted to know for sure and so sent the two Viking spacecrafts to Mars, consisting of an orbiter and lander each. The lander had three experiments on board and a GC-MS (gas chromatograph mass spectrometer) to resolve the question whether there is life on Mars. These experiments remain to date the only life detection experiments ever conducted on another planetary body. The Viking life detection experiments The Viking payload was tested in some of the Earth´s harshest environments such as the Atacama Desert in Chile and the Dry Valleys of Antarctica to see whether the chosen experiments could detect life in these desolate regions. A schedule of rigorous testing was undertaken to make sure that any results coming back from Mars could be interpreted correctly. Nevertheless, when the first results came back from the landers, the scientists were puzzled. The results indicated life, yet many of the results were contradictory. The experiment mostly hinting toward life was the Labelled Release (LR) Experiment, which was designed to show microbial metabolism on Mars upon inoculation of a soil sample with an aqueous nutrient solution. The LR results were overall positive. Picture 1: The Viking Landers, included the only life detection experiments ever conducted on an alien world (Photo: Jet Propulsion Laboratory / NASA)
The Pyrolytic Release (PR) Experiment was designed to evaluate whether autotrophic life may be present on Mars by testing the potential of organic synthesis when supplying radioactive carbon in a gas form to the soil samples. Autotrophic life feeds exclusively on inorganic substances. One example of an autotrophic life process on Earth is photosynthesis. The results of the PR experiment were clearly positive in one case, but negative in the other attempts. The third experiment, the gas exchange experiment indicated a release of gases when supplying the Martian soil with organic and inorganic nutrients, but more consistent with inorganic reactions. Since the gas chromatograph mass spectrometer did not detect any organics – only trace organics that were thought to be contamination brought in from Earth – the majority of scientists became to believe that the result of the conducted life detection experiments was negative. Gerald Soffen, project scientist at the time, summarized the findings as “No bodies, no life”, referring to the lack of organics that would have to be present in order for interpreting the results to be consistent with life. Yet, this interpretation was somewhat unsatisfactory because (1) the Viking experiments did not discover organic compounds in some Earth analog environments either – although we knew life was there when using methodologies with lower detection limits, and (2) we know that there exist organic compounds on Mars deriving from the infall from comets and asteroids and because scientists detected organic compounds in meteorites that came from Mars. The ALH 84001 Mars meteorite One of these meteorites, the potato-sized Martian meteorite ALH 84001 made a huge impact so to speak, not based on the size of the crater it produced, but on the scientific community and broader public. ALH84001 was discovered in 1984 in the Alan Hills area of Antarctica. As President Bill Clinton put it in a famous NASA press conference hosted by the White House “Today, rock 84001 speaks to us across all those billions of years and millions of miles. It speaks of the possibility of life.” It was clear that the rock came from Mars, because of its trace gas composition that matched the Martian atmosphere based on measurements taken by the Viking landers. ALH 84001 was excavated from an apparently ground-water soaked area on Mars 3.6 billon years ago before it landed on Earth about 13,000 years ago. Since it landed no contamination creeped in and the organic compounds found within the rock were considered indigenous to Mars. When a group of scientists analyzed this rock, they claimed that they put together a list of indicators within the rock that were consistent with life. Most convincing were pure magnetite crystals that were later revealed to line up as magnetic chains characteristic of magnetotactic bacteria. Magnetotactic bacteria orientate
themselves by the magnetic field during movement. Also, reducing and oxidizing regions within the rock were found typical for microbial activity. Yet, opposition to the life interpretation of this meteorite rose fast and furious as inorganic processes were found to explain many observations consistent with the life interpretation. Until today it remains controversial whether the structures and chemistry observed in ALH 84001 are of biological nature or not – and the scientific community is split similarly as to with the Viking results. However, ALH84001 moved NASA establishing the NASA Astrobiology Institute to go to the bottom of this controversy and more generally search for habitable planets and life in the Universe. Taking a closer look on Mars After Viking NASA´s mission focused to search for water on Mars as a necessary ingredient for life. While progress was incremental and missions to Mars lifted off in wider time intervals and being less spectacular, it refined our understanding of the environmental conditions on Mars, particularly on early Mars. The picture emerged that early Mars was not all that different from Earth, with having even oceans and lakes on its surface. Mars was cold and wet in its early history, much colder than Earth, but the dissolved salts within the water must have kept liquid the large water bodies on its surface. Subsequent missions also started to address the question of organic compounds on Mars. It became clear that organics are there and were there, but in chlorinated form due to strong oxidizing chemical compounds such as perchlorate, discovered first by the Mars Phoenix lander. One of the new insights was that the discovered trace compounds by the Viking landers were likely indigenous Martian organics as well and did not derive from contamination. One might wonder how Gerald Soffen and other scientists would have interpreted the Viking life detection experiments if they would have known at that time. On the other side, it also became clear how much UV and ionic radiation the Martian surface and near-surface has to endure, so how could possibly life exist there? Yet, NASA moved forward from its mantra looking for water to looking for organic compounds when searching for life on Mars. The first mission designed to search for organics was the Curiosity Rover launched in 2011. It discovered a whole slew of organic compounds, many of them sulfur-rich organics, called thiophenes. Scientists, including one project from our research group, outlined both possible biogenic and abiogenic formation pathways of the thiophenes. Meanwhile research also continued on Earth in Mars-analog environments, especially in areas where perchlorates and other mineral and chemical compounds are present that the rovers, landers, and orbiters found on Mars. Earth analog studies continued as well with another research project finding still transitory microbial habitats in the driest areas of the
Atacama Desert, where yearly rainfalls are below 2 mm per year. In these areas there are also salt rocks which host microbial life that takes its life-sustaining water directly from the atmosphere. Certain microbes are able to do this with the help of hygroscopic minerals such as sodium chloride using a physical process called deliquescence. During that process sufficient water is absorbed from the atmosphere that it is forming a very briny aqueous solution. This type of adaptation would also be very useful for putative microbes on Mars to obtain critically important water from the atmosphere. Ground frost and fog has been observed with the Viking landers, meaning that the relative humidity is at least temporarily high enough for deliquescence in certain regions on Mars. Picture 2: Salt rock within the hyperarid core of the Atacama Desert. The insert shows one of these rocks with a layer of scytonemin, a pigment used by cyanobacteria. (Photo: Dirk Schulze-Makuch) So, where are we standing now? Two ambitious Mars missions were supposed to blast off into space this year. The first one being NASA´s Mars 2020 mission, which is still scheduled for lift-off in July of this year. The mission includes a drill which is designed to collect soil samples and set them aside in a “cache” on Mars for future return of these samples to Earth. The Mars 2020 mission is also the first mission to utilize a Raman spectrometer to detect organic compound on Mars. The second and even more exciting mission is ESA´s ExoMars mission, specifically the second part of that mission consisting of the Rosalind Franklin rover, which was supposed to lift off this year as well but has now been postponed until 2022. The goal of that mission includes searching for signs of past life on Mars. The rover will have a 2-meter core drill and also carries the Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA), which is a mass spectrometer-based instrument that can detect organic
compounds at concentrations as low as 10 parts per billion. It is hoped it will detect biosignatures – evidence for past life on Mars. Thus, it comes closest to a life detection experiment since the two Viking landers touched down on the surface of Mars in the late 1970s. Picture 3: The Rosalind Franklin ExoMars rover (Photo: ESA) Maybe this time we will have decisive finds settling the question whether there is life on Mars. If a positive detection is made, we would have finally an answer to the ancient philosophical question of humankind: are we alone in the Universe? References Davila, A. F. & Schulze-Makuch, D. (2016). The last possible outposts of life on Mars. Astrobiology, 16(2), 159-168. doi:10.1089/ast.2015.1380 Fairén, A. G. (2010). A cold and wet Mars. Icarus, 208(1), 165-175. doi:10.1016/j.icarus.2010.01.006 Hassler, D. M., Zeitlin, C., Wimmer-Schweingruber, R. F., Ehresmann, B., Rafkin, S., Eigenbrode, J. L., ... MSL Science Team. (2014). Mars´surface radiation environment measured with the Mars Science Laboratory´s Curiosity Rover. Science, 343(6169):1244797. doi:10.1126/science.1244797 Heinz, J. & Schulze-Makuch, D. (2020). Thiophenes on Mars: biotic or abiotic origin? Astrobiology, 20(4): 552-561. doi:10.1089/ast.2019.2139 Houtkooper, J. M. & Schulze-Makuch, D. (2007). A possible biogenic origin for hydrogen peroxide on Mars: the Viking results reinterpreted. International Journal of Astrobiology, 6(2): 147-152. doi:10.1017/S1473550407003746 Klein, H. P. (1999). Did Viking discover life on Mars? Origins of life and evolution of the biosphere, 29, 625-631. doi:10.1023/A:1006514327249 McKay, D. S., Gibson Jr., E. K., Thomas-Keprta, K. L., Vali, H., Romanek, C. S., Clemett, S. J., Chillier, X. D. F., Maechling, C. R., Zare, R. N. (1996). Search for past life on Mars:
possible relic biogenic activity in Martian Meteorite ALH 84001. Science, 273(5277), 924- 930. doi:10.1126/science.273.5277.924 Navarro-González, R., Vargas, E., de la Rosa, J., Raga, A. & McKay, C. (2010). Reanalysis of the Viking results suggests perchlorate and organics at midlatitudes on Mars. Journal of Geophysical Research Planets, 115(E12):E12010. doi:10.1029/2010JE003599 Schulze-Makuch, D., Wagner, D, Kounaves, S. P., Mangelsdorf, K., Devine, K. D., de Vera, J.-P., ... Zamorano, P. (2018). Transitory habitat for microorganisms in the hyperarid Atacama Desert. PNAS, 115(11), 2670-2675. doi:10.1073/pnas.1714341115 Vago, J., Gardini, B., Kminek, G., Baglioni, P., Gianfiglio, G., Santovincenzo, A., Bayón, S. & van Winnendael, M. (2006). ExoMars – searching for life on the Red Planet. ESA Bulletin [www.esa.int/publications], 126, 16-23. Cite as Schulze-Makuch, D. (2020, June 10th). Dry and Cold: The Search for Life on Mars. Earth System Knowledge Platform [www.eskp.de], 7. doi:10.2312/eskp.029 Texts, pictures and graphics, unless otherwise noted: eskp.de | CC BY 4.0 eskp.de | Earth System Knowledge Platform – the knowledge platform for the "Earth and Environment" research field of the Helmholtz Association
Sie können auch lesen