Mars. Afbeelding tegoed: NASA Klik om te vergroten
Maken microben het methaan dat op Mars is gevonden, of komt het koolwaterstofgas uit geologische processen? Het is de vraag die iedereen wil beantwoorden, maar niemand kan dat. Wat is er nodig om de jury te overtuigen?
Veel experts vertelden Astrobiology Magazine dat de beste manier om te beoordelen of methaan een biologische oorsprong heeft, is te kijken naar de verhouding koolstof-12 (C-12) tot koolstof-13 (C-13) in de moleculen. Levende organismen nemen bij voorkeur de lichtere C-12-isotopen op terwijl ze methaan assembleren, en die chemische handtekening blijft bestaan totdat het molecuul wordt vernietigd.
"Er kan een manier zijn om de oorsprong van methaan, al dan niet biogeen, te onderscheiden door stabiele isotopenmetingen te gebruiken", zegt Barbara Sherwood Lollar, een isotoopchemicus aan de Universiteit van Toronto.
Maar isotopensignalen zijn subtiel en kunnen het beste worden uitgevoerd door nauwkeurige spectrometers die op het oppervlak van de Mars zijn geplaatst in plaats van op een baan om een ruimtevaartuig.
En er zijn complicaties. Om te beginnen is een gemiddeld methaangehalte in Mars van 10 delen per miljard (ppb) mogelijk te zwak om nauwkeurig isotopen te meten, zelfs voor een spectroscoop die op Mars is geplaatst. Ook is de C-12 tot C-13-verhouding van methaan alleen niet altijd een bewijs van leven. Zo vertoonde het hydrothermale ontluchtingsveld 'Lost City' in de Atlantische Oceaan geen duidelijke isotopenhandtekening, zegt James Kasting, hoogleraar aard- en mineraalwetenschappen aan de Penn State University.
'Het methaan is niet zo sterk gefractioneerd, maar ze denken nog steeds dat het biologisch is', zegt Kasting. "Bij Lost City kun je niet achterhalen of het biologisch is of niet door de isotopen. Hoe gaan we dat op Mars uitzoeken? '
Door de zoekopdracht uit te breiden, reageert Sherwood Lollar. In plaats van alleen koolstof te meten, stelt ze voor om waterstofisotopen te meten, omdat biologische systemen ook de voorkeur geven aan waterstof (H) boven het zwaardere deuterium (2H).
Een tweede benadering zou kijken naar de langere, zwaardere koolwaterstoffen - ethaan, propaan en butaan - die verwant zijn aan methaan en die soms voorkomen bij biogeen of abiogeen methaan. Sherwood Lollar ontdekte deze koolwaterstoffen bij het onderzoeken van abiogeen methaan dat in poriën vastzit in oude rotsen in het Canadian Shield, een grote afzetting van Precambrian stollingsgesteente. 'Als het water gedurende zeer lange perioden vast komt te zitten', zegt ze, veroorzaakt een abiogene reactie tussen water en gesteente methaan, ethaan, propaan en butaan.
Als de abiogene koolwaterstoffen met een langere keten ooit in de atmosfeer van Mars worden gedetecteerd, hoe kunnen we ze dan onderscheiden van soortgelijke koolwaterstoffen die de afbraakproducten zijn van kerogeen, een overblijfsel van de ontbindende levende materie? Het antwoord, herhaalt Sherwood Lollar, was te vinden in de isotopen. Abiogene koolwaterstofketens zouden een hoger aandeel zwaardere isotopen bevatten dan de koolwaterstofketens die zijn afgeleid van de afbraak van kerogeen.
'Toekomstige missies naar Mars zijn van plan te zoeken naar de aanwezigheid van hogere koolwaterstoffen en methaan', zegt Sherwood Lollar. "Als dit isotopenpatroon kan worden geïdentificeerd in bijvoorbeeld methaan en ethaan in mars, dan zou dit soort informatie kunnen helpen bij het oplossen van abiogene versus biogene oorsprong."
Isotopen spelen een prominente rol in verschillende aankomende ruimtemissies die de groeiende dorst naar bewijs over het methaanmysterie kunnen onderdrukken:
* De Phoenix-lander, gepland voor lancering in augustus 2007, zal naar een ijsrijk gebied in de buurt van de Noordpool gaan en 'vuil opgraven en het vuil samen met het ijs analyseren', zegt William Boynton van de Universiteit van Arizona, die de missie zal leiden. De massaspectrometer van de lander meet isotopen in alle methaan die in de grond is opgesloten, als de concentratie voldoende is. "We kunnen de isotoopverhouding [in de atmosfeer] niet meten, omdat de concentratie niet hoog genoeg zal zijn", zegt Boynton.
* Mars Science Laboratory, gepland voor lancering ergens tussen 2009 en 2011, is een zeswielige rover van 3.000 kilogram boordevol wetenschappelijke instrumenten. De afstembare laserspectrometer en massaspectrometer-gaschromatograaf kunnen beide isotoopverhoudingen van koolstof en andere elementen uitpluizen.
* Beagle 3, een opvolger van de Britse Lost-in-space Beagle 2, kan een verbeterde massaspectrometer bevatten die in staat is de koolstofisotoopverhoudingen te meten, maar het project moet nog worden goedgekeurd. Het vaartuig zou pas in 2009 worden gelanceerd.
Vanaf deze lanceringsdata is het duidelijk dat de jury van deze who-dun-it jarenlang afgezonderd moet blijven, totdat harde gegevens over de methaanbron op Mars in de wetenschappelijke rechtszaal kunnen worden uitgezonden. Op dit moment is het redelijk om te zeggen dat veel deskundige getuigen de mogelijkheid van een biogene bron nogal serieus nemen. Vladimir Krasnopolsky, die een van de teams leidde die methaan op de planeet vonden, zegt bijvoorbeeld: "Bacteriën zijn volgens mij plausibele bronnen van methaan op Mars, de meest waarschijnlijke bron." Maar hij verwacht dat de microben in oases worden aangetroffen, 'omdat de omstandigheden op Mars erg vijandig tegenover het leven staan. Ik denk dat deze bacteriën kunnen voorkomen op sommige locaties waar de omstandigheden warm en nat zijn. ”
Die waarneming wijst op een mogelijke win-winsituatie voor degenen die leven op Mars willen vinden, zegt Timothy Kral van de Universiteit van Arkansas, die methanogenen kweekt voor de kost. Als, zoals de berekeningen suggereren, asteroïden en kometen waarschijnlijk geen methaan aan Mars afgeven, dan moeten ofwel methaanproducerende organismen in de ondergrond leven, of er is een plek waar het warm genoeg is voor abiogene generatie.
"Ook al is het geen directe indicatie van het leven, het is een indicatie dat er opwarming is", zegt Kral. Onder die omstandigheden 'is er warmte, energie voor organismen om te groeien'.
Er is het afgelopen jaar veel veranderd. Kral, die al twaalf jaar methanogenen kweekt in een gesimuleerde marsomgeving, zegt: 'Vóór vorig jaar, toen mensen vroegen of ik dacht dat er leven op Mars was, zou ik giechelen. Ik zou niet in deze branche zijn als ik niet dacht dat het mogelijk was, maar er was geen echt bewijs voor enig leven. Toen vonden ze vorig jaar ineens methaan in de atmosfeer, en we hebben opeens echt wetenschappelijk bewijs dat het mogelijk is 'dat Mars de tweede levende planeet is.
Oorspronkelijke bron: NASA Astrobiology
