Mars’ta yaşamın ortaya çıkması için elverişli bir manzara keşfedildi

Araştırma grubumuz az önce yayınladı Doğa geçmişin ilk somut kanıtı ve manzaraların kalıcı varlığı, Mars yüzeyinde yaşamın ortaya çıkması için özellikle elverişli olan ortamlar. Bu ortamlarda biyolojik moleküllerin kendiliğinden sentezi gerçekleşebilir.

Mars yüzeyindeki çok eski çökeltilerde uzun süreli, tekrarlanan kurutma-ıslanma döngülerini kanıtlayan fosil yapıları keşfettik. Onlar, Dünya’da kurumuş çamurun üzerinde bir su birikintisi olarak gördüğümüz şeylerdir.

Bu kuru-ıslak dönüşüm, basit organik moleküllerin (şekerler veya amino asitler) konsantrasyonunu ve polimerizasyona yol açan kimyasal süreçleri, yani küçük molekülleri birbirine bağlama ve Mars çökeltilerinde bulunabilecek daha büyük molekülleri oluşturma sürecini destekler. Bu işlemler, nükleik asitler (DNA veya RNA) gibi biyolojik moleküllerin sentezine yönelik temel bir adımı oluşturur.

Bilim adamlarını ilgilendiren soru, Dünya dışında bir gezegende yaşamın var olup olmadığı değil, bildiğimiz şekliyle yaşamın nerede ve nasıl ortaya çıktığıdır.

1980’lerin ortalarından beri biyokimyacılar, RNA’nın yaşam yolunda gerekli olduğunu kabul ettiler. RNA, enzimatik işlevlere sahip, genetik bilginin taşıyıcısı olan orijinal bir otokatalitik moleküldü. Daha sonraki bir adımda, daha bol proteinler RNA’nın enzimatik işlevinin yerini aldı ve çok daha kararlı DNA, genetik bilginin taşıyıcısı olarak RNA’nın yerini aldı.

Ama başlangıç ​​nasıl mümkün oldu? Orijinal RNA’ya nasıl ulaşırsınız? Karmaşık bir molekül olan RNA’nın dünyasına erişmek için, polimerik bir ribonükleotit dizisinin oluşturulması, bu dizilerin her birinin bir fosfat grubu, bir şeker (riboz) ve bir azotlu bazdan (adenin) oluşması gerekiyordu. örnek). .

İlkel yaşam biçimlerinin ortaya çıkması, bilim adamlarının şu anda tasarladığı şekliyle, açıklanan tüm sürecin, yani basit organik moleküllerin daha karmaşık organik moleküller halinde kendiliğinden düzenlenmesinin gerçekleşmesi için uygun çevresel koşulları gerektirir.

3,7 milyar yıl öncesinden yapılar

Nature’da yayınladığımız makale, 2012’den beri Gale krateri içindeki Sharp Dağı’nın yamaçlarını araştıran Curiosity gezicisinden alınan gözlemlerin çalışmasına dayanmaktadır. Merak, kayaların manzarasını, kimyasını ve mineralojisini analiz etmek için araçlarla donatılmıştır.

Mars’ın 3154-3156 Haziran 2021 günleri arasında Curiosity görüntülerinde olağandışı yapılar keşfettik: yaklaşık 3,7 milyar yıl öncesinden eski tortul katmanlardan kaynaklanan yüzey çatlakları.

Bu jeolojik yapılar, kırışıklıklar tortul tabakaların üst yüzeyinde birkaç santimetre yükseklikte kabartma olarak görünen doğrusal.

Yukarıdan bakıldığında, bu dalgalanmalar bitişiktir ve mükemmel bir poligonal geometriye sahiptir. Ayrıntılı olarak, esas olarak sülfatlanmış kayaların birbirine az çok yapışmış küçük yumrularının hizalanmasıyla oluşturulurlar. Bir nodül, katmanların içinde ve yüzeyinde kabartma olarak görünen küçük bir toptur.

.

Bu poligonal yapılar temel olarak kuruma çatlaklarını, jeologların çok aşina olduğu, herkesin kurumuş bir çamur birikintisinde gözlemlediği yapılara benzeyen yapıları temsil eder.

Başlangıçta çökeltilerde bulunan su, rüzgar ve ısı etkisiyle buharlaşır. Tortular daha sonra dehidre olur ve büzülür, bitişik çokgenler oluşturan bir kuruma çatlakları sistemi oluşturur.

Fosil kuruma çatlakları daha önce Mars yüzeyinde belgelenmişti. Ancak burada keşfedilenler, üç özel ayrıntı nedeniyle açıkça farklıdır:

• Çokgen desen, yuvaların birleşim noktalarında 120 ⁰’ye yakın açılarla bitişik altıgenler oluşturan Y şeklindedir.

• Büzülme çatlakları sülfatlanmış mineraller (kalsiyum magnezyum sülfat) ile doldurulur.

• Bu poligonal desenler, sedimanter kolonda toplam 18 metrelik bir kalınlıkta tekrar tekrar gözlenebilir.

Çok sayıda ıslak-kuru döngü

Karasal laboratuvarlarda çamur birikintileri üzerinde yürütülen birkaç deneysel çalışmaya göre, bu Y şeklindeki boşluk bağlantı modeli, tortunun tekrarlanan kurutma-ıslanma döngülerinin karakteristiğidir.

Tortu ilk kuruduğunda, büzülme çatlakları, bağlantı noktalarında yaklaşık 90°’lik açılarla T şeklinde bir model oluşturur. Deneysel ıslak-kuru döngüleri ilerledikçe, onuncu kuru-ıslak döngünün sonunda 120°’lik tipik Y açıları gösteren çatlaklar açılır.

Sülfatlar, evaporitik olarak bilinen tortul kayaçlardır, yani Dünya’da göllerde ve kıyı denizlerinde çözünmüş tuzların kristalleşmesiyle oluşanlardır. Büzülme çatlaklarında bulunmaları, bu çatlakların kuruma çatlakları olarak yorumlanmasını desteklemektedir. Sülfat içeren nodüller morfoloji ve kimyasal bileşim açısından son derece düzensizdir, bu da nodüllerin çeşitli kısmi çökelme (kuruma) – çözünme (ıslanma) aşamalarını gösterir.

Bu çokgen desenlerin 18 metrelik bir kalınlıkta tekrar tekrar bulunması, mevsimsel iklimsel ıslanma ve kuruma döngülerine tabi olan bu eski ortamın birkaç yüz bin yıl boyunca böyle kaldığını gösteriyor.

Keşfin nihai anlamı

Bu mevsimsel iklimsel ıslanma ve kuruma döngüleri, potansiyel olarak bu tortularda bulunan basit moleküllerin tuzlu bir ortamda farklı konsantrasyonlarda etkileşime girmesine ve bunu tekrar tekrar ve sürdürülebilir bir şekilde yapmasına izin verdi.

Tek moleküllerin polimerizasyon potansiyeli, bu çökeltiler smektit ailesinden kil mineralleri ve önemli miktarda organik madde içerdiğinden, özel bir önem kazanır.

“Şişebilen killer” olarak adlandırılan smektitlerin, nükleotitleri katmanları arasında adsorbe etme ve konsantre etme yeteneğine sahip oldukları deneysel olarak gösterilmiştir.

Curiosity gezicisindeki SAM (Mars’ta Örnek) cihazı da bu katmanlarda klorobenzenler, toluenler ve çeşitli alkanlar gibi basit organik bileşiklerin varlığını ortaya çıkardı. Bu bileşikler muhtemelen göktaşı kökenlidir ve kalıntı miktarları her bir metrede yaklaşık 500 grama ulaşabilir. Bu nedenle, bu moleküller, RNA gibi daha karmaşık moleküllerin bazı yapı taşları olarak hizmet etmiş olabilir.

Özetle, Mars’taki gözlem ve ölçümlerimizden ve Dünya’daki çeşitli kavram ve deneylerden, Gale evaporitik havzasının, basit organik moleküllerin organik moleküllere polimerizasyon sürecinin gelişimi için çok elverişli ve uzun ömürlü bir ortam sağladığını çıkarıyoruz. moleküller, yaşamın ortaya çıkması için gerekli olan karmaşık moleküller.

Son olarak, burada incelenen yapıların kil bakımından zengin daha eski bir oluşumdan sülfat bakımından zengin daha yeni bir oluşuma dikey geçişin jeolojik bir biriminde bulunduğunu ve aynı geçişin yörüngesel olarak Mars’taki çok sayıda krater ve ovada tespit edildiğini biliyoruz. . .

Sonuç olarak, biyotik moleküler öncüllerin yaklaşık 3,7 milyar yıl önce, Hesperian döneminde Mars yüzeyinde oluşmuş ve fosilleşmiş olma olasılığı artık göz ardı edilemez.

Mars örneklerinin dönüşüne doğru mu?

Karasal yaşamın şu anki paradigması, Hadean’da, yaklaşık 4,6 milyar yıl önce (Ga) ilkel göktaşlarının birikmesiyle Dünya’nın oluşumu ile yaklaşık 4,0 – 3,8 Ga arasındaki ilk zaman dilimidir.

Ancak olası bir Hadean biyolojik sürecinin tek ve en eski kanıtı, 4.1 Ga’ya tarihlenen bir zirkon mineraline gömülü bir grafit (karbon) veya 3.8 – 3.7 Ga’ya tarihlenen başkalaşım geçirmiş siyah bir şeyldir. Ek olarak, levha tektoniğinin bir sonucu olarak şu anda dünya yüzeyinde yalnızca küçük bir oranda kayalık temsilci vardır ve her durumda bozulmamış, başkalaşıma uğramamış tortul kaya yoktur. Bu, ayaklarımızın altındaki ilkel karasal yaşam arayışını a priori işe yaramaz hale getiriyor.

Dünya yüzeyinden farklı olarak, Mars’ın yüzeyi levha tektoniği tarafından yenilenmez veya dönüştürülmez. Bu nedenle, Mars yüzeyi, biyotik moleküler öncüllerin kendiliğinden inşasına elverişli bir ortam ve iklimde oluşanlar da dahil olmak üzere, neredeyse bozulmamış çok eski kayaları korumuştur. Bu nedenle, yaşamın Mars’ta Dünya’daki kadar vahşi bir şekilde evrimleşmiş olması pek olası görünmese de (Hesperian’da yaşamın ortaya çıkmasına elverişli ortamları Amazon’un soğuk ve kurak ortamları izliyordu), şimdi mümkün ve uygun görünüyor. Oradaki yaşamın kökenini keşfetmek ve gelecekte robotlar veya astronotlar tarafından Curiosity’nin geçiş yaptığı yerlerde, Mars’ta alınacak örnekler aracılığıyla biyotik öncü bileşikleri aramak.

Keşfimiz, (özellikle) bizimki dışındaki gezegenlerde bile, yaşamın kökeninin araştırılması için yeni perspektifler açıyor. Ayrıca Mars keşif misyonlarının ana hedeflerini ve özellikle numune iadesini yeniden gözden geçirmemize yol açabilir.