Under de senaste decennierna har våra pågående studier av Mars avslöjat några mycket fascinerande saker om planeten. På 1960-talet och början av 70-talet Sjöman sonder avslöjade att Mars var en torr, frigid planet som troligtvis saknade liv. Men när vår förståelse av planeten har fördjupats har det blivit känt att Mars en gång hade en varmare, våtare miljö som kunde ha stött liv.
Detta i sin tur har inspirerat flera uppdrag vars syfte det har varit att hitta bevis på det förflutna livet. De viktigaste frågorna i denna sökning är dock var du ska leta och vad du ska leta efter? I en ny studie ledd av forskare från University of Kansas rekommenderade ett team av internationella forskare att framtida uppdrag skulle leta efter vanadin. Detta sällsynta element, hävdar de, kan peka vägen mot fossiliserat bevis på liv.
Deras studie, med titeln "Imaging of Vanadium in Microfossils: A New Potential Biosignature", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Astrobiology. Ledd av Craig P. Marshall, docent i geologi vid University of Kansas, inkluderade det internationella teamet medlemmar från Argonne National Laboratory, the Geological Technical Services Division i Saudi Aramco, University of Liège och University of Sydney.
Att vara tydlig är att hitta tecken på liv på en planet som Mars ingen enkel uppgift. Som Craig Marshall antydde i ett University of Kansas pressmeddelande:
"Du har fått ditt arbete klippt ut om du tittar på forntida sedimentärt berg för mikrofossiler här på jorden - och ännu mer på Mars. På jorden har klipporna funnits här i 3,5 miljarder år, och tektoniska kollisioner och omjusteringar har lagt mycket stress och tryck på stenar. Dessa stenar kan också begravas och temperaturen ökar med djupet. ”
I sitt papper rekommenderar Marshall och hans kollegor att uppdrag som NASA: s Mars 2020 rover, ESA: s ExoMars 2020 rover och andra föreslagna ytuppdrag kunde kombinera Raman-spektroskopi med sökandet efter vanadin för att hitta bevis på fossiliserat liv. På jorden har detta element hittats i råoljor, asfalt och svartskiffer som har bildats genom det långsamma förfallet av biologiskt organiskt material.
Dessutom har paleontologer och astrobiologer använt Raman-spektroskopi - en teknik som avslöjar de cellkompositioner av prover - på Mars under en tid för att söka efter livstecken. I detta avseende skulle tillsatsen av vanadium tillhandahålla material som skulle fungera som en biosignatur för att bekräfta förekomsten av organiskt liv i prover som studerats. Som Marshall förklarade:
”Folk säger:‘ Om det ser ut som livet och har en Raman-signal om kol, så har vi liv. Men naturligtvis vet vi att det kan finnas kolhaltiga material som tillverkas i andra processer - som i hydrotermiska ventiler - i överensstämmelse med att se ut som mikrofossiler som också har viss kolsignal. Människor gör också underbara kolstrukturer konstgjorda som ser ut som mikrofossiler - exakt samma. Så vi befinner oss nu vid en tidpunkt där det verkligen är svårt att se om det bara finns liv baserat på morfologi och Raman-spektroskopi. "
Detta är inte första gången som Marshall och hans medförfattare förespråkade att använda vanadin för att söka efter tecken på liv. Sådant var ämnet för en presentation de gjorde på Astrobiology Science Conference 2015. Marshall och hans team betonar dessutom att det skulle vara möjligt att utföra denna teknik med hjälp av instrument som redan ingår i NASA: s Mars 2020 uppdrag.
Deras föreslagna metod involverar också ny teknik som kallas röntgenfluorescensmikroskopi, som ser på elementär sammansättning. För att testa denna teknik undersökte teamet termiskt förändrade organiska väggar mikrofossiler som en gång var organiska material) kallas akritarker). Från deras data bekräftade de att spår av vanadium finns i mikrofossiler som var otvivelaktigt organiska från sitt ursprung.
"Vi testade akritarker för att göra ett bevis-av-koncept på en mikrofossil där det inte finns någon skugga av tvivel om att vi tittar på bevarad antik biologi," sade Marshall. ”Åldern på den här mikrofossilen tror vi är Devonian. Dessa killar är vattenlevande mikroorganismer - de tros vara mikroalger, en eukaryot cell, mer avancerad än bakteriell. Vi hittade vanadininnehållet du kan förvänta dig i cyanobakteriellt material. "
Dessa mikrofossiliserade bitar av liv, hävdar de, skiljer sig förmodligen inte så mycket från de typer av liv som kunde ha funnits på Mars för miljarder år sedan. Annan vetenskaplig forskning har också visat att vanadin är resultatet av organiska föreningar (som klorofyll) från levande organismer som genomgår en transformationsprocess orsakad av värme och tryck (dvs diagenetisk förändring).
Med andra ord, efter att levande varelser dör och begravdes i sediment, bildas vanadium i sina rester som ett resultat av att de begravdes under fler och fler bergskikt - dvs. fossilisering. Eller, som Marshall förklarade det:
”Vanadium blir komplex i klorofyllmolekylen. Klorofyller har typiskt magnesium i centrum - under begravning ersätter vanadin magnesium. Klorofyllmolekylen trasslar sig in i det kolhaltiga materialet och bevarar således vanadin. Det är som om du har ett rep lagrat i ditt garage och innan du lägger bort det så lindar du det så att du kan ta bort det nästa gång du behöver det. Men med tiden på garagegolvet blir det trassligt, saker fastnar i det. Även när du skakar det repet hårt kommer saker inte ut. Det är ett trassligt röra. På samma sätt, om du tittar på kolhaltigt material finns det en trasslig röra med ark kol och du har blandat vanadin. "
Arbetet stöds av en ARC International Research Grant (IREX) - som sponsrar forskning som försöker hitta biosignaturer för extracellulärt liv - med ytterligare stöd från australiensiska Synchrotron och Advanced Photon Source vid Argonne National Laboratory. Ser fram emot, hoppas Marshall och hans kollegor att genomföra ytterligare forskning som kommer att involvera att använda Raman-spektroskopi för att studera kolhaltiga material.
För närvarande verkar deras forskning ha lockat till det europeiska rymdorganisationens intressanta. Howell Edwards, som också bedriver forskning med Raman-spektroskopi (och som arbetet har fått stöd av ett ARC-bidrag), är en del av ESA: s Mars Explorer-team, där han ansvarar för instrumentering på ExoMars 2020 rover. Men som Marshall antydde hoppas teamet också att NASA kommer att överväga sin studie:
”Förhoppningsvis läser någon på NASA tidningen. Intressant nog var forskaren som är ledande primärutredare för röntgenspektrometern för rymdsonden, de kallar det PIXL, var hans första forskarstuderande från Macquarie University, innan hans KU-tider. Jag tror att jag skickar e-post till henne och säger: "Det här kan vara av intresse."
Det kommande decenniet förväntas bli en mycket lyckosam tid för prospekteringsuppdrag till Mars. Flera rover kommer att utforska ytan i hopp om att hitta det svårfångade beviset på livet. Dessa uppdrag kommer också att hjälpa till att bana vägen för NASA: s besättningsuppdrag till Mars vid 2030-talet, som kommer att se astronauter landa på ytan av Röda planeten för första gången i historien.
Om dessa uppdrag faktiskt visar bevis på livet kommer det att ha en djupgående effekt på alla framtida uppdrag till Mars. Det kommer också att ha en oändlig inverkan på mänsklighetens uppfattning av sig själv, äntligen att veta att för miljarder år sedan, livet inte dykte upp på jorden ensam!
