Пересмотр миссий «Викинг»: была ли жизнь на Марсе в 1976 году?

На этой неделе, когда исследователи заново анализируют архивные измерения полувековой давности, ученые возвращаются к данным «Викингов» и утверждают, что первые зонды, коснувшиеся марсианской почвы, могли зафиксировать биологическую активность еще в 1976 году — а затем уничтожить доказательства в ходе собственного анализа. Viking 1 и Viking 2 несли три специализированных эксперимента по поиску жизни и миниатюрный газовый хроматограф-масс-спектрометр (ГХ-МС); команды того времени зафиксировали загадочные выбросы газов, которые некоторые исследователи сочли признаками метаболизма, хотя ГХ-МС не сообщил о явных следах органики. Новое лабораторное моделирование, пересмотр экспериментальных записей и последующее обнаружение химически активных солей на Марсе заставили возобновить дискуссию, долгое время считавшуюся закрытой из-за первоначальной интерпретации NASA.

Ученые пересматривают данные «Викингов»: что на самом деле представляли собой эксперименты

Каждый из посадочных модулей Viking нес миниатюрную биологическую лабораторию, проводившую три взаимодополняющих теста, которые должны были стать решающими. В ходе эксперимента Labeled Release (LR, меченое высвобождение) в образцы почвы вводились разбавленные питательные вещества с радиоактивной меткой, после чего велось наблюдение за атмосферой над образцом на предмет появления газов с этой меткой, что указывало бы на метаболизм. В эксперименте Gas Exchange (GEx, газообмен) почву увлажняли и следили за изменениями концентрации O2, CO2 и других газов, проверяя, производит или потребляет грунт обычные метаболические газы. В ходе пиролитического эксперимента (Pyrolytic Release, PR) почву подвергали воздействию смеси света и простых газов, чтобы проверить, происходит ли фиксация углерода. Параллельно с этим ГХ-МС нагревал небольшие порции почвы и сканировал их на наличие органических молекул.

Несколько этих биологических тестов дали активный отклик. Показания LR, в частности, продемонстрировали быстрый выброс радиоактивно меченого CO2 во многих образцах — паттерн, который главный исследователь LR Гил Левин и другие интерпретировали как соответствующий микробному дыханию. GEx показал кратковременные колебания уровня кислорода при увлажнении образцов, что некоторые ученые сочли биологически правдоподобным. Однако анализы ГХ-МС, в которых летучие фрагменты извлекались путем нагревания почвы, не выявили однозначных сложных органических соединений; прибор зафиксировал лишь CO2 и следы хлорированных углеводородов. В то время рабочее решение NASA заключалось в том, чтобы считать результат ГХ-МС решающим, а положительные биологические тесты — продуктом необычной абиотической химии в странном, окисляющем реголите.

Ученые пересматривают данные «Викингов»: перхлораты и проблема деструктивных тестов

Самым важным новым фактом, вошедшим в дискуссию после миссий Viking, стало открытие солей перхлоратов в марсианской почве зондом Phoenix в 2008 году. Последующие лабораторные исследования, включая работу под руководством Рафаэля Наварро-Гонсалеса и его коллег, показали, что перхлораты являются сильными окислителями при нагревании и вступают в реакцию с органическим веществом, образуя хлорированные производные метана и CO2 — именно те сигнатуры, которые наблюдал ГХ-МС «Викингов». В 1976 году эти хлорметаны были списаны на земное загрязнение, но современная химия предполагает, что они могли быть продуктами распада местной органики, сожженной в печах ГХ-МС.

Грубо говоря: этап термической обработки, сделавший возможным химический анализ на «Викингах», мог одновременно уничтожить молекулярные доказательства, которые подтвердили бы биологические сигналы. Моделирование показывает, что даже небольшие доли перхлоратов могут приводить к фрагментации или сгоранию органики во время пиролиза. Этот механизм разрешает парадокс, лежавший в основе первоначального спора: почему LR и другие биологические эксперименты указывали на наличие жизни, в то время как ГХ-МС сообщал об отсутствии органики? Новая трактовка гласит, что органика присутствовала, но была разрушена методом анализа.

Переосмысление положительных сигналов и модель BARSOOM

Некоторые исследователи пошли дальше, чем просто объяснение неудачи ГХ-МС химией перхлоратов. Химик Стив Беннер и его коллеги предложили механистические модели (иногда упоминаемые в недавних комментариях под аббревиатурой BARSOOM), описывающие гипотетических марсианских микробов, которые могли бы объяснить характер наблюдаемых реакций. Эти организмы должны быть высокоадаптированы к холодным, сухим и окислительным условиям, возможно, используя связанный кислород или нетрадиционные метаболические пути, высвобождающие следовые газы при получении жидких питательных веществ.

Сторонники этой версии утверждают, что биологическое объяснение объединяет несколько линий доказательств «Викингов» в единую схему: быстрое поглощение радиоактивной метки в LR, динамика кислорода в GEx и специфические хлорированные продукты распада в ГХ-МС — все это согласуется с жизнедеятельностью микробов, которые были кратковременно активированы увлажнением или порцией питательных веществ, а затем уничтожены жаром во время химического анализа. Критики предостерегают, что такие модели остаются умозрительными: они могут соответствовать данным, но не заменяют прямого химического обнаружения сложных органических молекул. Сейчас дискуссия сосредоточена не на том, можно ли создать складную модель, а на получении воспроизводимых, проверяемых прогнозов и новых лабораторных экспериментах в условиях, имитирующих Марс.

Почему ученые возвращаются к данным «Викингов» сейчас и что это значит для консенсуса

Частично возобновление внимания носит исторический характер — приближается 50-летие посадок «Викингов», а архивные наборы данных были оцифрованы, что позволяет провести свежий анализ с учетом современных знаний. Что еще важнее, новые эмпирические факты (перхлораты, сезонные обнаружения метана и регулярные находки органики аппаратами Curiosity и Perseverance в защищенных скальных породах) делают старую интерпретацию менее убедительной. Современный консенсус в астробиологии осторожен: эксперименты «Викингов» дали интригующие, необъяснимые сигналы, и отсутствие обнаруженной органики в 1976 году больше не закрывает вопрос окончательно.

Эта оговорка имеет значение. Научный консенсус сегодня заключается не в том, что «Викинги» доказали существование жизни на Марсе, а в том, что их отрицательный вердикт заслуживает пересмотра. Многие исследователи утверждают, что положительные результаты LR и последующие химические открытия требуют новых методичных усилий, чтобы проверить, могут ли такие паттерны быть созданы абиотической химией почвы в реалистичных марсианских условиях или же биология остается простейшим объяснением. В результате сообщество перешло от твердого «нет» к нюансированному «вопрос не решен, но открыт заново».

Последствия для текущих и будущих миссий

Пересмотр данных «Викингов» имеет практические последствия для проектирования миссий и планетарной защиты. Современные марсоходы избегают деструктивного нагрева на первом этапе: Perseverance использует неразрушающую спектроскопию, визуализацию и тщательно запечатываемое кэширование для сохранения образцов с целью их последующей доставки на Землю, где в полномасштабных лабораториях можно применить чувствительные методы «мокрой химии» и избежать артефактов, вызванных перхлоратами. Программа Mars Sample Return, являющаяся сейчас флагманской задачей, прямо мотивирована ограничениями, с которыми столкнулись «Викинги», — ее цель доставить нетронутые образцы в земные лаборатории с гораздо более гибкими аналитическими возможностями.

Существует также этический и политический аспект. Если остается вероятность того, что «Викинги» могли войти в контакт с живыми организмами, даже кратковременно, конструкция будущих космических аппаратов и любых пилотируемых миссий должна учитывать риск прямого загрязнения (случайного занесения земных микробов в хрупкие марсианские экосистемы) и обратного загрязнения. Правила планетарной защиты уже включают консервативные меры предосторожности, но возобновившаяся дискуссия усиливает аргументы в пользу строгого карантина, протоколов стерилизации и тщательного выбора места посадки до того, как на планете появятся отпечатки человеческих ног.

Как история «Викингов» отвечает на давние вопросы

Обнаружили ли «Викинги» микробную жизнь на Марсе? Краткий и осторожный ответ таков: эксперименты дали сигналы, согласующиеся с микробной активностью, но химический анализ миссии не предоставил подтверждающих молекулярных доказательств, и официальное заключение NASA, основанное на этом балансе, звучало как «жизни нет». Какие свидетельства указывали на микробную жизнь? Выброс меченого газа в LR и кислородные реакции в GEx были самыми выразительными данными; они вели себя так, как на Земле вел бы себя метаболизм. Почему ученые пересматривают данные «Викингов»? Потому что открытие перхлоратов и другие находки, а также лабораторные работы, показывающие, что высокотемпературный анализ может уничтожать органику, означают, что первоначальный отрицательный результат ГХ-МС мог быть ложноотрицательным. Как работали эксперименты «Викингов» и что они обнаружили? Они сочетали увлажнение и добавление питательных веществ, тесты с воздействием света и термическое химическое сканирование — комплекс методов, который дал как положительные биологические сигнатуры, так и неоднозначные химические. Каков текущий консенсус? Это не окончательное признание жизни на Марсе, а вновь открытый вопрос: доказательства подлежат переинтерпретации, и решение теперь зависит от новых образцов и более совершенного контроля анализа.

По мере развития науки история «Викингов» служит напоминанием о том, что метод имеет значение: правильный вопрос, на который дан ответ неверным методом, может полностью стереть этот ответ. Для астробиологии следующее десятилетие — с возвратом образцов с Марса, продолжением работы марсоходов и строгим лабораторным моделированием — станет решающим в определении того, были ли те первые сигналы намеком на жизнь вне Земли или же особенно обманчивой химией инопланетной почвы.

Источники

• NASA – экспериментальные данные и архивы миссии Viking
• NASA – результаты миссии Phoenix по перхлоратам
• Рафаэль Наварро-Гонсалес (Национальный автономный университет Мексики) – лабораторные исследования перхлоратов и органики
• Стив Беннер / Foundation for Applied Molecular Evolution (исследования и комментарии по моделированию)
• NASA Jet Propulsion Laboratory – документация миссий Perseverance и Mars Sample Return