Karbon sangat penting untuk kehidupan, sejauh yang kita tahu. Jadi, kapan pun kami mendeteksi tanda karbon yang kuat di suatu tempat seperti Mars, itu bisa menunjukkan aktivitas biologis.

Apakah sinyal karbon yang kuat di batuan Mars menunjukkan proses biologis dari beberapa jenis?

Setiap sinyal karbon yang kuat sangat menarik ketika Anda sedang berburu kehidupan. Ini adalah elemen umum dalam semua bentuk kehidupan yang kita ketahui. Tetapi ada berbagai jenis karbon, dan karbon dapat menjadi terkonsentrasi di lingkungan karena alasan lain. Itu tidak secara otomatis berarti kehidupan terlibat dalam tanda tangan karbon.

Atom karbon selalu memiliki enam proton, tetapi jumlah neutron dapat bervariasi. Atom karbon dengan jumlah neutron yang berbeda disebut isotop. Tiga isotop karbon terjadi secara alami: C12 dan C13, yang stabil, dan C14, radionuklida. C12 memiliki enam neutron, C13 memiliki tujuh neutron, dan C14 memiliki delapan neutron.

Dalam hal isotop karbon, kehidupan lebih menyukai C12. Mereka menggunakannya dalam fotosintesis atau untuk memetabolisme makanan. Alasannya relatif sederhana. C12 memiliki satu neutron lebih sedikit daripada C13, yang berarti bahwa ketika berikatan dengan atom lain menjadi molekul, ia membuat koneksi lebih sedikit daripada C13 dalam situasi yang sama. Hidup pada dasarnya malas, dan akan selalu mencari cara termudah untuk melakukan sesuatu. C12 lebih mudah digunakan karena lebih sedikit membentuk ikatan daripada C13. Lebih mudah untuk mendapatkannya daripada C13, dan hidup tidak pernah mengambil jalan yang sulit ketika cara yang lebih mudah tersedia.

Penjelajah Curiosity bekerja keras di kawah Gale Mars, mencari tanda-tanda kehidupan. Ini mengebor ke dalam batu, mengekstrak sampel yang dihancurkan, dan menempatkannya di laboratorium kimia di dalamnya. Lab Curiosity disebut SAM yang merupakan singkatan dari Analisis Sampel di Mars. Di dalam SAM, rover menggunakan pirolisis untuk memanggang sampel dan mengubah karbon di batu menjadi metana. Pirolisis dilakukan dalam aliran helium inert untuk mencegah kontaminasi dalam proses. Kemudian ia menyelidiki gas dengan alat bernama Spektrometer Laser Merdu untuk mengetahui isotop karbon apa yang ada dalam metana.

Alat Analisis Sampel di Mars disebut SAM. SAM terdiri dari tiga instrumen berbeda yang mencari dan mengukur bahan kimia organik dan elemen ringan yang merupakan bahan penting yang berpotensi terkait dengan kehidupan. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Tim di belakang SAM Curiosity melihat 24 sampel batuan dengan proses ini dan baru-baru ini menemukan sesuatu yang patut diperhatikan. Enam sampel menunjukkan peningkatan rasio C12 ke C13. Dibandingkan dengan standar referensi berbasis Bumi untuk rasio C12/C13, sampel dari enam lokasi ini mengandung lebih dari 70 bagian per seribu C12. Di Bumi, 98,93% karbon adalah C12 Bumi, dan sisanya 1,07% C13.

Sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) mempresentasikan temuan tersebut. Judulnya adalah “Komposisi isotop karbon yang terkuras diamati di kawah Gale, Mars.Penulis utamanya adalah Christopher House, seorang ilmuwan Curiosity di Penn State University.

Ini adalah temuan yang menarik, dan jika hasil ini diperoleh di Bumi, mereka akan memberi sinyal bahwa proses biologis menghasilkan kelimpahan C12.

Di Bumi purba, bakteri permukaan menghasilkan metana sebagai produk sampingan. Mereka disebut metanogen, dan mereka adalah prokariota dari domain Archaea. Metanogen masih ada saat ini di Bumi, di lahan basah anoksik, di saluran pencernaan ruminansia, dan lingkungan ekstrem seperti sumber air panas.

Bakteri ini menghasilkan metana yang memasuki atmosfer, berinteraksi dengan sinar ultraviolet. Interaksi tersebut menghasilkan molekul yang lebih kompleks yang menghujani permukaan bumi. Mereka diawetkan di batuan Bumi, bersama dengan tanda tangan karbon mereka. Hal yang sama mungkin terjadi di Mars, dan jika itu terjadi, itu bisa menjelaskan temuan Curiosity.

Tapi ini bulan Maret. Jika sejarah pencarian kehidupan di Mars memberi tahu kita sesuatu, itu bukan untuk mendahului diri kita sendiri.

“Kami menemukan hal-hal di Mars yang sangat menarik, tetapi kami benar-benar membutuhkan lebih banyak bukti untuk mengatakan bahwa kami telah mengidentifikasi kehidupan,” kata Paul Mahaffy, mantan peneliti utama untuk Analisis Sampel Curiosity di laboratorium Mars. “Jadi kami sedang mencari tahu apa lagi yang bisa menyebabkan tanda tangan karbon yang kami lihat, jika bukan kehidupan.”

Curiosity mengambil panorama 360 derajat ini pada 9 Agustus 2018, di Vera Rubin Ridge. Kredit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Dalam makalah mereka, penulis menulis, “Ada beberapa penjelasan yang masuk akal untuk anomali yang habis ¹³C diamati pada metana yang berevolusi, tetapi tidak ada penjelasan tunggal yang dapat diterima tanpa penelitian lebih lanjut.”

Salah satu kesulitan dalam memahami tanda tangan karbon seperti ini adalah apa yang disebut bias Bumi. Sebagian besar dari apa yang para ilmuwan ketahui tentang kimia atmosfer dan hal-hal terkait didasarkan pada Bumi. Jadi ketika datang ke tanda tangan karbon yang baru terdeteksi di Mars ini, para ilmuwan dapat merasa sulit untuk tetap membuka pikiran mereka terhadap kemungkinan baru yang mungkin tidak ada di Mars. Sejarah pencarian kehidupan di Mars memberi tahu kita hal ini.

“Hal tersulit adalah melepaskan Bumi dan melepaskan bias yang kita miliki dan benar-benar mencoba masuk ke dasar-dasar proses kimia, fisika, dan lingkungan di Mars,” kata astrobiolog Goddard Jennifer L. Eigenbrode, yang berpartisipasi dalam penelitian tersebut. studi karbon. Sebelumnya, Eigenbrode memimpin tim internasional ilmuwan Curiosity dalam mendeteksi banyak sekali molekul organik — yang mengandung karbon — di permukaan Mars.

“Kita perlu membuka pikiran dan berpikir di luar kotak,” kata Eigenbrode, “dan itulah yang dilakukan makalah ini.”

Para peneliti menunjukkan dua penjelasan non-biologis untuk tanda tangan karbon yang tidak biasa dalam makalah mereka. Salah satunya melibatkan awan molekuler.

Hipotesis awan molekuler menyatakan bahwa Tata Surya kita melewati awan molekul ratusan juta tahun yang lalu. Itu adalah peristiwa langka, tetapi itu terjadi setiap 100 juta tahun sekali, jadi para ilmuwan tidak bisa mengabaikannya. Awan molekuler pada dasarnya adalah hidrogen molekuler, tetapi satu mungkin kaya akan jenis karbon yang lebih ringan yang dideteksi oleh Curiosity di Kawah Gale. Awan akan menyebabkan Mars mendingin, menyebabkan glasiasi dalam skenario ini. Pendinginan dan glasiasi akan mencegah karbon yang lebih ringan di awan molekuler bercampur dengan karbon Mars lainnya, menciptakan endapan C12 yang meningkat. Makalah tersebut menyatakan bahwa “Pencairan glasial selama periode glasial dan penurunan es setelahnya akan meninggalkan partikel debu antarbintang di permukaan geomorfologi glasial.”

Hipotesis ini cocok karena Curiosity menemukan beberapa tingkat C12 yang meningkat di puncak pegunungan—seperti puncak Vera Rubin Ridge—dan titik tinggi lainnya di Kawah Gale. Sampel dikumpulkan dari “… berbagai litologi (batulumpur, pasir, dan batu pasir) dan tersebar sementara di seluruh operasi misi hingga saat ini,” tulis makalah tersebut. Namun, hipotesis awan molekuler adalah rangkaian peristiwa yang tidak mungkin terjadi.

Penjelajah Curiosity NASA mengangkat lengan robotnya dengan bor mengarah ke langit saat menjelajahi Vera Rubin Ridge di dasar Gunung Sharp di dalam Kawah Gale – dilatarbelakangi oleh tepi kawah yang jauh. Mosaik kamera Navcam ini dijahit dari gambar mentah yang diambil pada Sol 1833, 2 Oktober 2017, dan diwarnai. Kredit: NASA/JPL/Ken Kremer/kenkremer.com/Marco Di Lorenzo.

Hipotesis non-biologis lainnya melibatkan sinar ultraviolet. Atmosfer Mars mengandung lebih dari 95% karbon dioksida, dan dalam skenario ini, sinar UV akan berinteraksi dengan gas karbon dioksida di atmosfer Mars yang menghasilkan molekul-molekul baru yang mengandung karbon. Molekul-molekul itu akan menghujani permukaan Mars dan menjadi bagian dari batu di sana. Hipotesis ini mirip dengan bagaimana metanogen secara tidak langsung menghasilkan C12 di Bumi, tetapi sepenuhnya abiotik.

“Ketiga penjelasan tersebut sesuai dengan data,” kata penulis utama Christopher House. “Kami hanya membutuhkan lebih banyak data untuk mengatur mereka masuk atau keluar.”

Angka dari penelitian ini menunjukkan tiga hipotesis yang dapat menjelaskan tanda tangan karbon. Warna biru menunjukkan metana yang diproduksi secara biologis dari interior Mars, menciptakan pengendapan bahan organik 13C setelah fotolisis. Oranye menunjukkan reaksi fotokimia melalui sinar UV yang dapat menghasilkan berbagai produk atmosfer, beberapa di antaranya akan disimpan sebagai bahan organik dengan ikatan kimia yang mudah putus. Abu-abu menunjukkan hipotesis awan molekuler. Kredit: Rumah et al. 2022.

“Di Bumi, proses yang akan menghasilkan sinyal karbon yang kami deteksi di Mars adalah proses biologis,” tambah House. “Kita harus memahami apakah penjelasan yang sama berlaku untuk Mars atau ada penjelasan lain karena Mars sangat berbeda.”

Hampir setengah dari sampel Curiosity secara tak terduga meningkatkan kadar C12. Mereka tidak hanya lebih tinggi dari rasio Bumi; mereka lebih tinggi daripada yang ditemukan para ilmuwan di meteorit Mars dan atmosfer Mars. Sampel berasal dari lima lokasi di Kawah Gale, dan semua lokasi memiliki satu kesamaan: mereka memiliki permukaan kuno yang terpelihara dengan baik.

Seperti yang dikatakan Paul Mahaffy, temuan ini “sangat menarik.” Tetapi para ilmuwan masih mempelajari tentang siklus karbon Mars, dan masih banyak yang belum kita ketahui. Sangat menggoda untuk membuat asumsi tentang siklus karbon Mars berdasarkan siklus karbon Bumi. Tetapi karbon dapat berputar melalui Mars dengan cara yang bahkan belum kita duga. Apakah tanda tangan karbon ini akhirnya menjadi sinyal kehidupan atau tidak, itu masih merupakan pengetahuan yang berharga untuk memahami tanda tangan karbon Mars.

“Mendefinisikan siklus karbon di Mars adalah kunci mutlak untuk mencoba memahami bagaimana kehidupan dapat masuk ke dalam siklus itu,” kata Andrew Steele, ilmuwan Curiosity yang berbasis di Carnegie Institution for Science di Washington, DC. “Kami telah melakukannya dengan sangat sukses di Bumi. , tapi kami baru mulai mendefinisikan siklus itu untuk Mars.”

Tetapi tidak mudah untuk menarik kesimpulan tentang Mars berdasarkan siklus karbon Bumi. Steele memperjelasnya ketika dia berkata, “Ada bagian besar dari siklus karbon di Bumi yang melibatkan kehidupan, dan karena kehidupan, ada bagian dari siklus karbon di Bumi yang tidak dapat kita pahami karena ke mana pun kita melihat, ada kehidupan.”

Penjelajah Perseverance NASA sedang mencari tanda-tanda kehidupan purba di Mars di Kawah Jezero. Hasil dari Curiosity dapat menginformasikan aktivitas sampling Perseverance. Kredit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity masih bekerja di Mars dan akan berlangsung untuk sementara waktu. Arti dari sampel-sampel ini, bersama dengan pemahaman yang lebih baik tentang siklus karbon Mars, ada di depan. Curiosity akan mengambil sampel lebih banyak batuan untuk mengukur konsentrasi isotop karbon. Ini akan mengambil sampel batuan dari permukaan purba lainnya yang terpelihara dengan baik untuk melihat apakah hasilnya serupa dengan ini. Idealnya, ia akan menemukan gumpalan metana lain dan mengambil sampelnya, tetapi peristiwa itu tidak dapat diprediksi, dan tidak ada cara untuk mempersiapkannya.

Bagaimanapun, hasil ini akan membantu menginformasikan pengumpulan sampel Perseverance di Kawah Jezero. Ketekunan dapat mengkonfirmasi sinyal karbon yang serupa dan bahkan menentukan apakah itu biologis atau tidak.

Ketekunan juga mengumpulkan sampel untuk kembali ke Bumi. Para ilmuwan akan mempelajari sampel-sampel itu lebih efektif daripada yang bisa dilakukan oleh lab rover, jadi siapa yang tahu apa yang akan kita pelajari.

Kehidupan purba di Mars adalah prospek yang menggiurkan, tetapi untuk saat ini, setidaknya, itu tidak pasti.

Awalnya Diposting di Alam Semesta Hari Ini.

Untuk lebih lanjut tentang penelitian ini, lihat:

Referensi: “Komposisi isotop karbon yang habis diamati di kawah Gale, Mars” oleh Christopher H. House, Gregory M. Wong, Christopher R. Webster, Gregory J. Flesch, Heather B. Franz, Jennifer C. Stern, Alex Pavlov, Sushil K Atreya, Jennifer L. Eigenbrode, Alexis Gilbert, Amy E. Hofmann, Maëva Millan, Andrew Steele, Daniel P. Glavin, Charles A. Malespin dan Paul R. Mahaffy, 17 Januari 2022, Prosiding National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119