- وجود مولکولهای آلی در مریخ بهتنهایی نشانه قطعی حیات نیست.
- بررسی کایرالیته مولکولها میتواند سرنخ قویتری برای تشخیص منشأ زیستی باشد.
- مریخنورد Rosalind Franklin در سال ۲۰۳۰ با ابزار MOMA به دنبال این نشانهها خواهد بود.
مریخنوردها تاکنون توانستهاند سنگهای باستانی مریخ را حفاری کنند، نمونههای کوچک را گرم کنند و مولکولهای کربنپایهای را که از آنها آزاد میشوند بررسی کنند. اما یک مشکل اساسی باقی مانده است: وجود این مولکولها بهتنهایی ثابت نمیکند که زمانی موجود زندهای آنها را ساخته است.
اکنون یک آزمایش آزمایشگاهی جدید نشان میدهد که ابزارهای آینده میتوانند فراتر از یافتن ترکیبات کربنی عمل کنند و به دنبال «اثر انگشت شیمیایی» باشند که تنها حیات قادر به ایجاد آن است.
تشخیص تفاوت میان شیمی بیجان و حیات
پیدا کردن ترکیبات کربنی در سنگهای مریخی دیگر یک اتفاق خارقالعاده محسوب نمیشود. چندین مریخنورد ناسا این ترکیبات را از سطح مریخ استخراج کردهاند و یک مطالعه در سال گذشته نیز بخشهایی از یک سنگ در دهانه Jezero را شناسایی کرد که شباهتهایی با نشانههای میکروبهای باستانی داشت.
با این حال، هیچکدام از این یافتهها وجود حیات را تأیید نمیکنند، زیرا فرآیندهای شیمیایی غیرزیستی نیز میتوانند همان مولکولهایی را تولید کنند که موجودات زنده میسازند.
پژوهشگران به دنبال ترکیباتی هستند که احتمال منشأ زیستی بیشتری داشته باشند. دو نمونه مهم در این زمینه، هیدروکربنهای زیستنشانگر پریستان (pristane) و فیتان (phytane) هستند.
این مولکولها پایدار هستند، از موجودات زنده منشأ میگیرند و همچنین در نفت خام یافت میشوند.
رهبری پژوهش درباره این ترکیبات بر عهده Guillaume Leseigneur، پژوهشگر مؤسسه تحقیقات منظومه شمسی ماکس پلانک در گوتینگن آلمان است.
پریستان و فیتان مقاومت شیمیایی بالایی دارند. آنقدر مقاوم که میتوانند میلیاردها سال درون سنگهای مدفون باقی بمانند.
کلید شناسایی حیات باستانی: ویژگی کایرالیته مولکولها
آنچه پریستان و فیتان را به اهداف جذابی برای جستجوی حیات تبدیل میکند، ویژگیای به نام کایرالیته (Chirality) است.
کایرالیته به حالتی گفته میشود که یک مولکول دارای دو شکل آینهای باشد که هرگز نمیتوان آنها را با چرخاندن روی یکدیگر منطبق کرد. این ویژگی مانند تفاوت میان دست راست و دست چپ انسان است؛ هر دو ساختار مشابهی دارند، اما جهتگیری آنها متفاوت است.
حیات نسبت به انتخاب یکی از این شکلها بسیار حساس است. روی زمین، موجودات زنده تقریباً همیشه مولکولهای کایرال خود را در یک شکل آینهای خاص تولید میکنند.
پژوهشهای قبلی نشان دادهاند که این عدم تعادل میتواند نشانه قدرتمندی از وجود حیات باشد.
در مقابل، شیمی غیرزیستی چنین ترجیحی ندارد. بدون حضور زیستشناسی، هر دو شکل آینهای معمولاً به مقدار تقریباً برابر تولید میشوند.
بنابراین، نکته مهم فقط وجود یک مولکول نیست؛ بلکه نحوه توزیع شکلهای آینهای آن است.
- غلبه یک شکل آینهای: میتواند به منشأ زیستی اشاره کند.
- تقسیم برابر دو شکل: بیشتر با منشأ غیرزیستی سازگار است.
ابزاری که قرار است این نشانهها را در مریخ بررسی کند
ابزاری که برای بررسی این ویژگی طراحی شده، روی مریخنوردی قرار دارد که به نام شیمیدان مشهور Rosalind Franklin نامگذاری شده است. این مریخنورد بخشی از مأموریت ExoMars آژانس فضایی اروپا است.
قرار است این مریخنورد در سال ۲۰۳۰ به مریخ برسد و نمونههایی را از یک دشت رسی نزدیک خط استوا بررسی کند؛ منطقهای که به نظر میرسد در گذشته آب در آن جریان داشته است.
یکی از تجهیزات اصلی آن، Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) یا تحلیلگر مولکولهای آلی مریخ است.
MOMA چندین ابزار آزمایشگاهی را در یک واحد کوچک ترکیب کرده است:
- کورههای کوچک نمونههای حفاریشده را گرم میکنند تا گازهای آزادشده ایجاد شوند.
- اجزای دیگر این گازها را جدا و شناسایی میکنند.
- گازها از لولههای باریکی عبور میکنند که دیوارههای پوششدادهشده آنها دو شکل آینهای مولکول را با سرعت متفاوت جذب میکنند.
- در نتیجه، هر شکل در زمان متفاوتی به آشکارساز میرسد.
جداسازی این مولکولها کار سادهای نیست. پریستان و فیتان واکنشپذیری بسیار کمی دارند و همین موضوع جدا کردن دو شکل آینهای آنها را بسیار دشوار میکند.
Fatma Yesil Sahan، یکی از نویسندگان پژوهش از مؤسسه ماکس پلانک، گفت:
«جداسازی کایرال پریستان و فیتان به حساسیت بالای ابزار و دقت اندازهگیری نیاز دارد؛ ویژگیهایی که نشان دادهایم MOMA میتواند به آنها دست پیدا کند.»
آزمایش روی یک شهابسنگ بهعنوان نمونه جایگزین مریخ
از آنجا که آزمایش واقعی روی مریخ هنوز چند سال فاصله دارد، تیم پژوهشی به یک نمونه جایگزین روی زمین نیاز داشت.
آنها از شهابسنگ Murchison استفاده کردند؛ سنگی غنی از کربن که در سال ۱۹۶۹ در استرالیا سقوط کرد و یکی از نمونههای ارزشمند از مواد اولیه منظومه شمسی اولیه محسوب میشود.
پژوهشگران با استفاده از نسخههای دقیق لولههای MOMA توانستند برای نخستین بار با چنین ابزاری، دو شکل آینهای پریستان و فیتان را از یک نمونه واقعی جدا کنند.
پیش از این، هیچ گروهی نتوانسته بود این جداسازی را با سختافزاری مشابه انجام دهد.
Guillaume Leseigneur گفت:
«اگر زمانی حیات در مریخ وجود داشته باشد، مولکولهایی مانند پریستان و فیتان میتوانند زیستنشانگرهای مولکولی مهمی باشند که تا امروز باقی ماندهاند.»
نتیجه غیرمنتظره آزمایش شهابسنگ
اما شهابسنگ مورچیسون یک شگفتی برای پژوهشگران داشت.
اگر پریستان و فیتان موجود در آن از ماده زندهای منشأ گرفته بودند که پس از سقوط به سنگ منتقل شده بود، انتظار میرفت یکی از شکلهای آینهای بیشتر از دیگری باشد.
اما نتیجه متفاوت بود. هر دو شکل آینهای تقریباً به مقدار برابر دیده شدند؛ الگویی که بیشتر نشاندهنده شیمی غیرزیستی است.
تیم پژوهش نتیجه گرفت که احتمالاً این مولکولها هنگام عبور شهابسنگ از جو زمین جذب ذرات کوچک ناشی از سوختن سوختهای فسیلی شدهاند.
یکی از سرنخها از بررسی سنگهای نفتی به دست آمد؛ سنگهایی که مواد اولیه تشکیل نفت را در خود دارند.
Manuel Reinhardt، پژوهشگر دانشگاه گوتینگن آلمان، گفت:
«نفت در این سنگها طی میلیونها سال، در عمق زیاد و تحت تأثیر گرما و فشار تشکیل میشود.»
این فرآیند طولانی احتمالاً باعث از بین رفتن عدم تعادل اولیه مولکولهای کایرال شده و هر دو شکل آینهای را به حالت برابر رسانده است.
پژوهشگران اعلام کردند این توضیح با دادههای موجود سازگار است، هرچند نمیتوانند منابع دیگر آلودگی را بهطور کامل رد کنند.
اهمیت این فناوری در جستجوی حیات در مریخ
پیش از این مطالعه، توانایی MOMA برای تشخیص جهتگیری مولکولهای کایرال تنها در حد یک امکان نظری بود.
اکنون این فناوری روی یک نمونه واقعی و پیچیده از نظر شیمیایی آزمایش شده است. این موضوع نشان میدهد مریخنوردی که در سال ۲۰۳۰ به مریخ میرود، ابزاری آزمایششده برای یکی از مهمترین پرسشهای علوم سیارهای در اختیار خواهد داشت.
این روش تنها برای مریخ کاربرد ندارد. پژوهشگران شهابسنگها نیز میتوانند از آن استفاده کنند تا مشخص کنند آیا مولکولهای آلی موجود در یک سنگ فضایی واقعاً منشأ فضایی دارند یا آلودگیهای زمینی در مسیر سقوط به آن اضافه شدهاند.
سوختهای فسیلی سوختهشده اکنون حتی در سنگهایی که از آسمان سقوط میکنند نیز ردپا باقی میگذارند.
با متوقف شدن برنامه بازگرداندن نمونههای مریخ به دلیل کمبود بودجه، اهمیت ابزارهایی که میتوانند همانجا روی سیاره سرخ کار کنند بیش از گذشته شده است.
پاسخ به بزرگترین پرسش علوم سیارهای، یعنی آیا ما تنها هستیم یا نه، اکنون نسبت به یک سال قبل نزدیکتر به نظر میرسد.
این مطالعه در مجله Earth and Planetary Science Letters منتشر شده است.
اعتبار تصویر: ESA
سؤالات متداول
آیا تاکنون وجود حیات در مریخ ثابت شده است؟
خیر. تاکنون هیچ مدرک قطعی از وجود حیات در مریخ پیدا نشده است، اما ترکیبات آلی و نشانههای احتمالی زیستی بررسی میشوند.
چرا یافتن مولکولهای کربنی در مریخ کافی نیست؟
زیرا فرآیندهای شیمیایی غیرزیستی نیز میتوانند همان مولکولها را تولید کنند.
MOMA چه چیزی را در مریخ بررسی میکند؟
MOMA مولکولهای آلی را بررسی میکند و تلاش میکند تفاوت میان منشأ زیستی و غیرزیستی آنها را مشخص کند.
کایرالیته چگونه به تشخیص حیات کمک میکند؟
زیستشناسی معمولاً یک شکل آینهای از مولکولهای کایرال را ترجیح میدهد، در حالی که شیمی غیرزیستی معمولاً ترکیبی برابر ایجاد میکند.
جمعبندی
مریخنورد آینده با فناوری MOMA میتواند یکی از مهمترین ابزارها برای یافتن نشانههای حیات باستانی در مریخ باشد. این فناوری با بررسی ساختار مولکولهای آلی، به دنبال تفاوتی میگردد که ممکن است حیات را از فرآیندهای شیمیایی ساده جدا کند.
با نزدیک شدن مأموریت ExoMars در سال ۲۰۳۰، جستجوی پاسخ درباره وجود حیات در سیاره سرخ وارد مرحلهای تازه میشود.
برای مطالعه جدیدترین یافتههای علمی درباره فضا، مریخ و فناوریهای آینده، مقالات علمی ما را دنبال کنید.
