У 1976 році два посадочні апарати «Вікінг» стали першими американськими апаратами з Землі, які сіли на Марс. Вони зробили перші високоякісні знімки планети, вивчили географічні особливості планети і проаналізували геологічний склад атмосфери і поверхні. Але найцікавіше, що вони також провели експерименти в пошуках мікробного життя в марсіанському ґрунті.
В цілому ці експерименти по виявленню життя справили несподівані і суперечливі результати. Один з експериментів — Labeled Release (LR) — показав, що марсіанський ґрунт дає позитивний результат на метаболізм — на Землі з цього майже напевно припустили б наявність життя. Але ніяких слідів органічного матеріалу виявлено не було, а значить і життя. Звідки міг узятися метаболізм, якщо не було ніякої органіки?
З моменту проведення цих експериментів минуло сорок років, але вчені досі не можуть зійтися в думці. Загальний консенсус полягає в тому, що посадочні модулі «Вікінг» не знайшли переконливих доказів життя на Марсі. Тим не менш, невелика група вчених стверджує, що результати «Вікінга» говорять на користь життя на Марсі.
Одним з видних прихильників цієї точки зору є Гілберт Левін, який проводив експеримент LR. Спочатку Левін вважав результати LR неясними і стверджував, що результати узгоджуються з біологією. Але в 1997 році, після безлічі подальших експериментів на Землі і разом з новими відкриттями на Марсі, а також виявлення мікроорганізмів, що живуть на Землі в умовах, схожих на марсіанські, він і його колега Патрісія Страат стверджують, що марсіанські результати пояснюються живими організмами.
Не так давно Левін і Страат опублікували велику статтю в журналі Astrobiology, в якій переглянули результати експерименту LR «Вікінга» в світлі останніх знахідок на Марсі і недавніх припущень, що неорганічні речовини можуть імітувати спостерігаючі метаболічні процеси. Вони заявили, що жоден із запропонованих процесів неживих речовин не пояснює результати «Вікінга», і марсіанські мікроби, як і раніше, залишаються найкращим поясненням результатів.
Як був влаштований експеримент Labeled Release
В ході експерименту LR обидва апарати «Вікінг-1» і «Вікінг-2» зібрали зразки марсіанського ґрунту, ввели в них краплю розбавленого розчину поживних речовин, а потім спостерігали за повітрям над ґрунтом, очікуючи побачити ознаки метаболічних побічних продуктів. Оскільки поживні речовини були мічені радіоактивним вуглецем-14, якщо мікроорганізми в ґрунті метаболізували поживні речовини, вони повинні були провести радіоактивні побічні продукти начебто радіоактивного діоксиду вуглецю або метану.
Перед запуском космічних апаратів вчені перевірили експериментальний протокол найрізноманітніших земних ґрунтів в несприятливих для життя місцях, від Долини Смерті до Антарктиди. У кожному разі експерименти давали позитивний результат, знаходили життя. Потім, в якості контролю, вчені нагрівали зразки до 160 градусів за Цельсієм, щоб вбити всі форми життя, і знову перевіряли. У кожному разі експерименти давали тепер негативний результат. Щоб підтвердити, що експериментальна процедура не дасть хибно-позитивний результат, вчені перевіряли її на стерильному ґрунті. Місячний ґрунт і вулканічний ґрунт з острова Суртсей, як і очікувалося, дали негативний результат.
Крім того, здавалося, що джерело метаболізму було відносно слабким, оскільки метаболічна активність значно знижувалася при нагріванні зразка до 50 градусів і повністю була відсутня при зберіганні ґрунту в темряві протягом двох місяців при температурі 10 градусів. Левін і Страат вважають, що ці результати впевнено говорять про те, що в марсіанському ґрунті було життя.
Біологічні кандидати
З тих пір, як були проведені експерименти, вчені займалися пошуком інших видів небіологічних хімічних речовин, які могли б виробити ідентичні результати.
У своїй новій роботі Левін і Страат розглядають деякі з цих пропозицій. Один з можливих кандидатів — це форміат, компонент мурашиної кислоти, що зустрічається на Землі в природних умовах. У 2003 році експеримент по типу LR показав, що форміат у зразку ґрунту з пустелі Атакама в Південній Америці дав позитивний результат, незважаючи на те що ґрунт там не містить ніяких мікроорганізмів. Тим не менш, у цьому дослідженні не проводився стерильний контроль, а концентрація форміату в пустелі Атакама, ймовірно, набагато вища, ніж на Марсі.
Інший потенційний кандидат — це перхлорат або один з продуктів його розпаду. У 2009 році місія Phoenix на Марсі виявила перхлорати в марсіанському ґрунті. Хоча перхлорати могли б дати позитивний результат, оскільки виробляють газ при взаємодії з деякими амінокислотами, вони не руйнуються при температурі 160 градусів і будуть давати позитивні результати навіть після стерильного контролю.
Дослідження від 2013 року дозволило припустити, що космічні промені і сонячне випромінювання може призводити до того, що перхлорати розпадаються на гіпохлорит, який повинен давати позитивний результат і, на відміну від перхлоратів, руйнується при нагріванні до 160 градусів. З цих причин гіпохлорит є найкращим кандидатом, що пояснює результати LR.
Тим не менш Левін і Страат пишуть, що гіпохлорит не досліджували при температурі 50 градусів (при якій активність марсіанського ґрунту значно знижувалася) або після тривалого зберігання в темряві (що справило негативний результат для марсіанських зразків). Таким чином, на даний момент жоден небіологічний агент не задовольнив усі результати LR.
Біологічні кандидати
Сьогодні вчені знають набагато більше про Марс, ніж 40 років тому. Одне з найбільших відкриттів сталося в 2014 році, коли лабораторія марсохода «Кьюріосіті» вперше виявила на Марсі органічні молекули.
За останні два роки лабораторія SAM виявила метан, хлоровані вуглеводні й інші органічні молекули. Вчені підозрюють, що ці органічні речовини могли сформуватися на Марсі або бути занесені туди з допомогою метеоритів.
Відкриття органічної речовини на Марсі піднімає питання про те, чому експеримент «Вікінга» не виявив органічну матерію в 1976 році. Як пояснює Левін, є кілька можливих причин, що пояснюють негативні результати «Вікінга».
«Ми давно вказували на проблему з газовим хромато-мас-спектрометром «Вікінга» (хромас), говорить Левін. «Навіть його експериментатор доктор Клаус Біман часто підкреслював, що хромас не був експериментом по виявленню життя. Йому потрібен був щонайменше один мільйон мікробних клітин, щоб знайти якусь органічну матерію. В додаток до цього інструмент часто підводив під час випробувань на Землі. Пізніше було заявлено, що перхлорат в ґрунті знищив органічну матерію. Тим не менше я з обережністю ставлюся до цієї заяви, оскільки немає ніяких свідоцтв перхлорату в місцях висадки «Вікінгів».
У світлі останніх висновків, Левін і Страат вважають, що важливо переглянути результати LR які мають біологічне походження. Інші вчені, що підтримують цю точку зору, припускали, що марсіанське життя могло прийняти форму метаногенів (мікроорганізмів, що виробляють метан в якості побічного продукту), галофілів (які можуть витримувати високі концентрації солі, помірну радіацію і низький вміст кисню) або «криптобіотичних» мікроорганізмів, які залишаються в сплячці до активації, наприклад, за допомогою живильного розчину, який був в експерименті LR.
Проблеми публікації
Опублікувати роботу про життя на Марсі — це, звичайно, не те, що опублікувати якесь типове дослідження. Протягом багатьох років, дослідження Левіна включали низькокалорійні підсолоджувачі, фармацевтичні препарати, безпечні пестициди, а також процеси очищення стічних вод, серед іншого. Знадобилося близько 20 років, щоб Левін і Страат опублікували документ на тему перегляду результатів експерименту LR «Вікінга».
«З тих пір, як я вперше прийшов до висновку, що LR знайшов життя (в 1997 році), великі журнали відмовлялися приймати наші публікації», розповів Левін Phys.org. «Я і мій співекспериментатор, доктор Патрісія Енн Страат, публікувалися в основному в розділі астробіології в SPIE Proceedings після показу роботи на щорічних конвенціях SPIE. На засіданні Канадського космічного агентства я зустрів доктора Шеррі Кеді, редактора Astrobiology. Вона запропонувала мені представити документ для експертної оцінки. Я це зробив, і його відразу ж відкинули. Разом з Пет ми вирішили підготувати роботу, яка витримає максимальну наукову критику. Знадобилися роки незліченних переглядів і внесення правок у відповідь на міріади зауважень рецензентів, але ми наполегливо йшли до своєї мети. Ми думаємо, що та публікація була так ретельно вилизана, що до неї вже неможливо причепитися».
Що далі?
Левін і Страат думають, що допущення наявності життя на Марсі може серйозно вплинути майбутні дослідження.
«Здається розумним, що наукове співтовариство підтримує біологію в якості відповідного пояснення експериментальними результатами LR», пишуть вчені. «Здається неминучим, що астронавти одного разу будуть досліджувати Марс. Заради їх здоров’я і безпеки, біологію варто вважати основним можливим поясненням результатів LR».
Левін і Страат припускають, що ретельно розроблені експерименти можуть допомогти відповісти на питання про існування життя на Марсі. Зокрема, експерименти LR-типу можуть відповісти на питання біологічного або хімічного походження метаболізму. Також важливо продовжувати пошук органічних молекул начебто амінокислот, простих вуглеводів, ліпідів, білків і ДНК. Подальші експерименти можуть дозволити вивчити марсіанський ґрунт під мікроскопом.
І все ж усі майбутні експерименти будуть мати неминучий недолік: можливе забруднення, залишене попередніми апаратами. У цьому плані у «Вікінгів» була унікальна можливість досліджувати невинно чистий Марс.