Powrót do misji Viking: Czy Mars ujawnił życie w 1976 roku?

W tym tygodniu, gdy badacze ponownie analizują zarchiwizowane pomiary sprzed pół wieku, naukowcy powracają do danych z misji Viking i argumentują, że pierwsze sondy, które dotknęły marsjańskiej gleby, mogły zarejestrować aktywność biologiczną w 1976 roku — a następnie zniszczyć dowody podczas własnych analiz. Viking 1 i Viking 2 posiadały trzy dedykowane eksperymenty do wykrywania życia oraz miniaturowy chromatograf gazowy sprzężony ze spektrometrem mas (GC-MS); ówczesne zespoły odnotowały zagadkowe emisje gazów, które według niektórych badaczy przypominały metabolizm, mimo że GC-MS nie wykazał wyraźnych związków organicznych. Nowe symulacje laboratoryjne, ponowne zbadanie zapisów eksperymentalnych oraz późniejsze odkrycie reaktywnych soli na Marsie sprawiły, że debata, dawno zamknięta przez pierwotną interpretację NASA, została otwarta na nowo.

Naukowcy ponownie analizują dane z sond Viking: co faktycznie wykazały eksperymenty

Każdy z lądowników Viking posiadał miniaturowe laboratorium biologiczne, które przeprowadziło trzy uzupełniające się testy mające przynieść rozstrzygające wyniki. Eksperyment Labeled Release (LR) polegał na wstrzyknięciu rozcieńczonych, znakowanych radioaktywnie substancji odżywczych do próbek gleby i monitorowaniu atmosfery nad nimi pod kątem obecności gazów zawierających znaczniki radioaktywne, co wskazywałoby na metabolizm. Eksperyment Gas Exchange (GEx) polegał na nawilżaniu gleby i obserwowaniu zmian w stężeniu O2, CO2 i innych gazów, sprawdzając, czy podłoże wytwarza lub pochłania popularne gazy metaboliczne. Eksperyment pirolityczny (Pyrolytic/Pyrolytic Release, PR) wystawiał glebę na działanie mieszaniny światła i prostych gazów, aby sprawdzić, czy zachodzi asymilacja węgla. Równolegle aparat GC-MS podgrzewał niewielkie porcje gleby i skanował je pod kątem obecności cząsteczek organicznych.

Kilka z tych testów biologicznych dało aktywne odpowiedzi. Odczyty LR, w szczególności, wykazały szybkie uwalnianie znakowanego radioaktywnie CO2 w wielu próbkach — wzorzec, który główny badacz LR, Gil Levin, i inni interpretowali jako zgodny z oddychaniem drobnoustrojów. GEx wykazał przejściowe wahania poziomu tlenu po nawilżeniu próbek, co niektórzy naukowcy uznali za biologicznie prawdopodobne. Jednak analizy GC-MS, które pozyskiwały lotne fragmenty poprzez podgrzewanie gleby, nie znalazły jednoznacznych złożonych związków organicznych; odnotowano jedynie CO2 i śladowe ilości chlorowanych węglowodorów. W tamtym czasie robocza ocena NASA zakładała uznanie wyniku GC-MS za rozstrzygający i potraktowanie pozytywnych testów biologicznych jako produktu nieznanej, abiotycznej chemii w specyficznym, utleniającym regolicie.

Naukowcy ponownie analizują dane z sond Viking: nadchlorany i problem testów niszczących

Jedynym, najważniejszym nowym faktem, który pojawił się w dyskusji po misji Viking, było odkrycie przez lądownik Phoenix w 2008 roku soli nadchloranowych w marsjańskiej glebie. Badania laboratoryjne przeprowadzone od tego czasu, w tym prace pod kierownictwem Rafaela Navarro-Gonzáleza i jego współpracowników, wykazały, że nadchlorany są silnymi utleniaczami po podgrzaniu i reagują z materią organiczną, wytwarzając chlorowane pochodne metanu oraz CO2 — czyli dokładnie te sygnatury, które zaobserwował GC-MS sond Viking. W 1976 roku te chlorometany zostały odrzucone jako ziemskie zanieczyszczenia, ale późniejsze badania chemiczne sugerują, że mogły to być produkty rozpadu rodzimych związków organicznych, które zostały spalone w piecach GC-MS.

Mówiąc wprost: etap termiczny, który umożliwił analizę chemiczną na sondach Viking, mógł jednocześnie wymazać dowody molekularne, które potwierdziłyby sygnały biologiczne. Symulacje pokazują, że nawet niewielkie ilości nadchloranów mogą powodować fragmentację lub spalanie związków organicznych podczas pirolizy. Mechanizm ten wyjaśnia paradoks leżący u podstaw pierwotnej kontrowersji: dlaczego LR i inne eksperymenty biologiczne wskazywały na obecność życia, podczas gdy GC-MS informował o braku substancji organicznych? Nowa interpretacja zakłada, że związki organiczne były obecne, ale zostały zniszczone przez metodę analityczną.

Reinterpretacja pozytywnych sygnałów i model BARSOOM

Niektórzy badacze poszli dalej niż tylko przypisanie niepowodzenia GC-MS chemii nadchloranów. Chemik Steve Benner wraz ze współpracownikami zaproponowali modele mechanistyczne — czasami podsumowywane w niedawnych komentarzach akronimami takimi jak BARSOOM — opisujące prawdopodobne marsjańskie mikroorganizmy, które mogłyby wyjaśnić wzorzec zaobserwowanych reakcji. Te hipotetyczne organizmy byłyby wysoce przystosowane do zimnych, suchych i utleniających warunków, być może wykorzystując związaną wodę lub niekonwencjonalne szlaki metaboliczne, które uwalniają śladowe ilości gazów po dostarczeniu płynnych składników odżywczych.

Zwolennicy twierdzą, że to biologiczne wyjaśnienie łączy wiele dowodów z misji Viking w jedną strukturę: szybkie pobieranie znacznika radioaktywnego w LR, dynamikę tlenu w GEx oraz specyficzne chlorowane produkty rozpadu w analizach GC-MS są spójne z istnieniem drobnoustrojów, które zostały na krótko aktywowane przez nawilżenie lub impulsy odżywcze lądowników, a następnie zniszczone przez wysoką temperaturę podczas analizy chemicznej. Krytycy ostrzegają, że modele te pozostają spekulatywne: mogą pasować do danych, ale nie zastępują bezpośredniego chemicznego wykrycia złożonych cząsteczek organicznych. Debata koncentruje się obecnie nie na tym, czy można stworzyć sprytny model, ale na przedstawieniu powtarzalnych, testowalnych przewidywań i nowych eksperymentów laboratoryjnych w warunkach przypominających te na Marsie.

Dlaczego naukowcy teraz powracają do danych z sond Viking i co to oznacza dla konsensusu

Część odnowionego zainteresowania ma charakter historyczny — zbliża się 50. rocznica lądowań Vikingów, a zarchiwizowane zestawy danych zostały zdigitalizowane, co zachęca do świeżej analizy przy użyciu nowoczesnej wiedzy. Co ważniejsze, nowe fakty empiryczne (nadchlorany, sezonowe detekcje metanu oraz powtarzające się odkrycia związków organicznych przez Curiosity i Perseverance w chronionych skałach) sprawiają, że stara interpretacja wydaje się mniej pewna. Obecny konsensus w astrobiologii jest ostrożny: eksperymenty Viking dostarczyły intrygujących, niewyjaśnionych sygnałów, a brak wykrytych związków organicznych w 1976 roku nie rozstrzyga już tej kwestii.

To zastrzeżenie ma znaczenie. Dzisiejszy konsensus naukowy nie głosi, że Viking udowodnił istnienie życia na Marsie, ale że negatywny werdykt z tej misji zasługuje na ponowną ocenę. Wielu badaczy twierdzi, że pozytywne odczyty LR i późniejsze odkrycia chemiczne wymagają ponownego, metodycznego wysiłku, aby sprawdzić, czy wzorce te mogą być wytwarzane przez abiotyczną chemię gleby w realistycznych warunkach marsjańskich, czy też biologia pozostaje najprostszym wyjaśnieniem. W rezultacie społeczność naukowa przeszła od stanowczego „nie” w stronę niuansowego „nierozstrzygnięte, ale otwarte na nowo”.

Implikacje dla obecnych i przyszłych misji

Ponowna analiza misji Viking ma praktyczne konsekwencje dla projektowania misji i ochrony planetarnej. Współczesne łaziki unikają niszczącego podgrzewania jako pierwszego kroku: Perseverance wykorzystuje niedestrukcyjną spektroskopię, obrazowanie i starannie uszczelnione skrytki, aby zachować próbki do ewentualnego powrotu na Ziemię, gdzie pełnowymiarowe laboratoria będą mogły zastosować czułą chemię mokrą i uniknąć artefaktów związanych z nadchloranami. Mars Sample Return, będący obecnie flagowym celem, jest wyraźnie motywowany ograniczeniami, które utrudniły pracę sondom Viking — celem jest dostarczenie nieskazitelnych próbek do ziemskich laboratoriów o znacznie większych możliwościach analitycznych.

Istnieje również aspekt etyczny i polityczny. Jeśli nadal jest prawdopodobne, że Viking mógł mieć kontakt z żywymi organizmami, nawet przejściowo, projekt przyszłych statków kosmicznych i wszelkich misji załogowych musi uwzględniać ryzyko kontaminacji ziemskiej — przypadkowego wprowadzenia ziemskich mikrobów do kruchych marsjańskich ekosystemów — oraz kontaminacji zwrotnej. Zasady ochrony planetarnej obejmują już konserwatywne zabezpieczenia, ale wznowiona debata wzmacnia argumenty za rygorystyczną kwarantanną, protokołami sterylizacji i starannym wyborem miejsc, zanim pojawią się tam ludzkie ślady.

Jak historia sond Viking odpowiada na wieloletnie pytania

Czy Viking wykrył życie mikrobiologiczne na Marsie? Krótka, ostrożna odpowiedź brzmi: eksperymenty dostarczyły sygnałów zgodnych z aktywnością mikroorganizmów, ale analizy chemiczne misji nie dostarczyły potwierdzających dowodów molekularnych, a oficjalny wniosek NASA brzmiał „brak życia” w oparciu o tę równowagę. Jakie dowody sugerowały życie mikrobiologiczne? Uwalnianie znakowanego gazu w LR i reakcje tlenowe w GEx były najbardziej sugestywnymi punktami danych; zachowywały się one w sposób, który na Ziemi zostałby uznany za metaboliczny. Dlaczego naukowcy ponownie analizują dane z misji Viking? Ponieważ odkrycie nadchloranów i inne znaleziska, wraz z pracami laboratoryjnymi wykazującymi, że analizy wysokotemperaturowe mogą niszczyć związki organiczne, oznaczają, że pierwotny negatywny wynik GC-MS mógł być wynikiem fałszywie negatywnym. Jak działały eksperymenty Viking i co wykazały? Łączyły one nawilżanie i dodawanie składników odżywczych, testy na ekspozycję na światło oraz termiczne skanowanie chemiczne — zestaw uzupełniający, który przyniósł kilka pozytywnych sygnatur biologicznych i kilka niejednoznacznych sygnatur chemicznych. Jaki jest obecny konsensus? Nie jest to ostateczna akceptacja życia na Marsie, ale wznowienie pytania: dowody można interpretować na nowo, a rozstrzygnięcie zależy teraz od nowych próbek i lepszej kontroli analitycznej.

W miarę rozwoju tej dziedziny, historia misji Viking przypomina, że metoda ma znaczenie: właściwe pytanie, na które udzielono odpowiedzi niewłaściwą metodą, może całkowicie wymazać odpowiedź. Dla astrobiologii następna dekada — z misją Mars Sample Return, kontynuacją kampanii łazików i rygorystycznymi symulacjami laboratoryjnymi — będzie decydująca w ustaleniu, czy te pierwsze sygnały były pierwszą wskazówką na istnienie życia poza Ziemią, czy też szczególnie zwodniczą chemią obcej gleby.

Źródła

• NASA – Dane eksperymentalne i archiwa misji Viking
• NASA – Odkrycia misji Phoenix dotyczące nadchloranów
• Rafael Navarro-González (Universidad Nacional Autónoma de México) – badania laboratoryjne nad nadchloranami i związkami organicznymi
• Steve Benner / Foundation for Applied Molecular Evolution (badania i komentarze do modelowania)
• NASA Jet Propulsion Laboratory – dokumentacja misji Perseverance i Mars Sample Return