ممکن است در مریخ حیات بیگانه وجود داشته باشد، اما آیا مریخ نوردهای ما قادر به یافتن آن خواهند بود؟

مریخ نوردهای رباتیک در حال حاضر در حال کاوش در سطح مریخ هستند. بخشی از مأموریت مریخ نورد این است که سیاره را برای یافتن نشانه های حیات کاوش کند. ممکن است چیزی برای پیدا کردن وجود نداشته باشد – اما اگر وجود داشته باشد و مریخ نوردها نتوانند آن را “ببینند” چه؟

تحقیقات جدیدی که امروز در Nature Communications منتشر شده است، نشان می‌دهد که تجهیزات مریخ نورد فعلی ممکن است واقعاً وظیفه یافتن شواهدی از حیات را نداشته باشند.

من به عنوان یک میکروبیولوژیست در محیط های شدید، چالش های جستجوی زندگی را در جایی که تقریبا غیرممکن به نظر می رسد، می دانم.

در اختر زیست‌شناسی، ما تنوع حیات را در مکان‌هایی روی زمین با ویژگی‌های محیطی یا فیزیکی که شبیه مناطقی است که قبلاً در مریخ توصیف شده است، مطالعه می‌کنیم. ما این محیط‌های زمینی را اجرام «آنالوگ مریخ» می‌نامیم.

محدودیت های تشخیص

این تحقیق جدید به رهبری آرماندو آزوآ-بوستوس از مرکز اخترزیست‌شناسی در مادرید، ابزارهای پیشرفته‌ای را که در حال حاضر توسط مریخ نوردهای کنجکاوی و استقامت ناسا استفاده می‌شود – و همچنین برخی تجهیزات آزمایشگاهی جدیدتر که برای تحلیل‌های آینده برنامه‌ریزی شده‌اند – در همتای مریخی صحرا آزمایش می‌کند. آتاکاما

Azua-Bustos و همکارانش دریافتند که تجهیزات بستر آزمایشی مریخ نورد – ابزارهایی برای تجزیه و تحلیل نمونه‌ها در میدان – توانایی محدودی برای تشخیص آثار حیاتی دارد که ممکن است انتظار داشته باشیم در سیاره سرخ پیدا کنیم. آنها قادر به تشخیص اجزای معدنی نمونه ها بودند، اما همیشه قادر به تشخیص مولکول های آلی نبودند.

در مورد تیم من، سایت های آنالوگ ما در مریخ، بیابان های سرد و فوق العاده خشک دره های خشک و جزایر آسیاب بادی در قطب جنوب هستند.

در هر دو مکان، زندگی با وجود فشار شدید وجود دارد. با توجه به شرایط سخت و کمبود حیات میکروبی موجود، یافتن شواهدی از حیات چالش برانگیز است.

اول، ما باید محدودیت های بیولوژیکی و فیزیکی زندگی موجود (و یافت شده) در محیط های آنالوگ “افراطی” را تعریف کنیم. در مرحله بعد، ما نیاز به توسعه ابزارهایی برای شناسایی «امضای زیستی» یک عمر داریم. اینها شامل مولکول های آلی مانند لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها می شود. در نهایت، ما تعیین می‌کنیم که ابزارها برای شناسایی این نشانه‌های زیستی روی زمین و همچنین در مریخ چقدر حساس هستند. این محدودیت های تشخیص ما را به ما می گوید.

جستجو برای میکروبیوم تاریک

در حوزه میکروبیولوژی شدید من، “ماده تاریک میکروبی” زمانی است که اکثر موجودات میکروسکوپی در یک نمونه جداسازی و/یا مشخص نشده باشند. برای شناسایی آنها، ما نیاز به توالی نسل بعدی داریم. تیم Azua-Bustos یک گام فراتر می رود و یک “میکروبیوم تاریک” را پیشنهاد می کند که حاوی گونه های خشکی بالقوه باقی مانده و منقرض شده است.

تیم Azua-Bustos دریافتند که تکنیک‌های آزمایشگاهی پیچیده می‌تواند یک میکروبیوم تیره را در نمونه‌های خاک فوق‌خشک مریخ در صحرای آتاکاما شناسایی کند. با این حال، تجهیزات مریخ نوردهای فعلی قادر به شناسایی آن در مریخ نیستند.

در نمونه‌هایی با چنین زیست توده کمیاب، از روش‌های آزمایشگاهی بسیار حساس برای تشخیص حیات میکروبی استفاده می‌کنیم، از جمله توالی‌یابی ژن و تجسم سلول‌ها با تجزیه و تحلیل میکروسکوپی. نمونه های اولیه توالی یابی ژنوم در این زمینه در حال توسعه هستند، اما هنوز حساسیت لازم را برای نمونه های زیست توده کم ندارند.

سیاره متفاوت، قوانین متفاوت

جستجوی حیات در سیارات دیگر نیز به درک ما از آنچه حیات نیاز دارد متکی است، ساده ترین فهرست انرژی، کربن و آب مایع است.

روی زمین، بیشتر موجودات زنده از فتوسنتز برای استفاده از انرژی نور خورشید استفاده می کنند. این فرآیند به آب نیاز دارد که تقریباً به طور کامل در محیط های بیابانی خشک مانند قطب جنوب و صحرای آتاکاما – و به احتمال زیاد مریخ در دسترس نیست. ما فکر می کنیم که فرآیندی که آن را «شیمی سنتز اتمسفر» نامیده ایم، می تواند این شکاف را پر کند.

تیم من برای اولین بار شیمی سنتز اتمسفر را در خاک های سرد بیابانی قطب جنوب کشف کرد. در این فرآیند متابولیک نادیده گرفته شده، باکتری‌ها به معنای واقعی کلمه در هوای رقیق زندگی می‌کنند و اثری از هیدروژن و مونوکسید کربن را از جو مصرف می‌کنند.

ما فکر می‌کنیم که میکروبیوم‌های بیابانی خشک می‌توانند برای انرژی و همچنین آب به این فرآیند تکیه کنند، که محصول جانبی این فرآیند است. اکوسیستم هایی مانند آنهایی که در قطب جنوب یافتیم اکنون یکی از امیدوارکننده ترین مدل های اکولوژیکی را در جستجوی حیات مریخی ارائه می دهند.

ما اکنون معتقدیم که پتانسیلی برای حیات در زیرسطح یخی مریخ وجود دارد. تیم من – همراه با همکاران ناسا و دانشگاه پرتوریا – قصد دارند این موضوع را در دره دانشگاه قطب جنوب با تعیین محدودیت های زیست محیطی انرژی، آب متابولیک و تولید کربن از طریق مصرف گاز کم، بررسی کنند.

ما چیزی را که نمی توانیم تعریف کنیم پیدا نمی کنیم

دانش جدید ما از امضاهای زیستی هدف و سطح حساسیت مورد نیاز برای شناسایی آنها در طراحی یا بهینه سازی ابزارهای آینده برای استقرار در ماموریت هایی با هدف یافتن حیات حیاتی خواهد بود.

هدف از ماموریت های آینده به مریخ، از جمله ماموریت Icebreaker Life برنامه ریزی شده برای سال 2026، جستجوی شواهدی از حیات است. یخ شکن لایف از زمین های یخی مانند یخ های دائمی خشک قطب جنوب نمونه برداری خواهد کرد و در صورت یافتن نشانه هایی از حیات، ماموریت بازگرداندن نمونه ها از مریخ در اولویت بالایی خواهد بود.

بازگرداندن نمونه ها به زمین برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی خطرناک است. همانطور که با نمونه‌های خاک قطب جنوب دریافتیم، چالش‌ها می‌تواند شامل آلودگی، حفظ دمای پایین در حین حمل و نقل و نیاز به آزمایشگاه‌های قرنطینه تخصصی برای تجزیه و تحلیل نمونه‌ها بدون تخریب آنها باشد.

اما همانطور که Asua-Bustos پیشنهاد می‌کند، آوردن نمونه‌هایی به زمین برای تجزیه و تحلیل دقیق آزمایشگاهی ممکن است تنها راه مطمئن برای تشخیص یا رد کردن وجود (یا حضور گذشته) حیات باشد.