Curiosity 화성 탐사선은 암석층에서 강한 탄소 서명을 봅니다 – 생물학적 활동을 나타낼 수 있음

탄소는 우리가 아는 한 생명에 매우 중요합니다. 따라서 화성과 같은 곳에서 강력한 탄소 발자국을 감지할 때마다 생물학적 활동을 나타낼 수 있습니다.

화성 암석의 강한 탄소 신호는 어떤 종류의 생물학적 과정을 나타내는가?

생명체를 찾을 때 강한 탄소 신호는 흥미롭습니다. 그것은 우리가 알고 있는 모든 생명의 공통적인 구성요소입니다. 그러나 탄소에는 여러 유형이 있으며 탄소는 다른 이유로 환경에 집중될 수 있습니다. 생명이 탄소 발자국에 관여한다는 것을 자동으로 의미하지는 않습니다.

탄소 원자에는 항상 6개의 양성자가 있지만 중성자의 수는 다를 수 있습니다. 중성자의 수가 다른 탄소 원자를 동위원소라고 합니다. 탄소의 세 가지 동위 원소는 자연적으로 존재합니다. C12와 C13은 안정 동위 원소이고 C14는 방사성 핵종입니다. C12는 6개의 중성자를 포함하고, C13은 7개의 중성자를 포함하고, C14는 8개의 중성자를 포함합니다.

탄소 동위원소와 관련하여 생명체는 C12를 선호합니다. 광합성이나 음식 대사에 사용합니다. 이유는 비교적 간단합니다. C12는 C13보다 1개의 중성자를 적게 가지고 있는데, 이는 분자 내의 다른 원자와 결합할 때 동일한 위치에서 C13보다 더 적은 수의 연결을 만든다는 것을 의미합니다. 삶은 기본적으로 게으르며, 당신은 항상 가장 쉬운 일을 하기 위해 노력할 것입니다. C12는 C13보다 결합이 적기 때문에 사용하기 쉽습니다. C13까지 가는 것이 더 쉬우며, 더 쉬운 길이 있을 때 인생은 결코 어려운 일이 아닙니다.

큐리오시티는 화성의 강풍 분화구에서 열심히 생명체의 흔적을 찾고 있습니다. 그는 암석을 굴착하고 분쇄된 샘플을 추출하여 선내 화학 실험실에 넣습니다. 큐리오시티 연구소는 SAM이라고 불리며, 화성에 대한 샘플 분석. SAM 내부에서 로버는 열분해를 사용하여 샘플을 굽고 암석의 탄소를 메탄으로 전환합니다. 열분해는 공정의 오염을 방지하기 위해 불활성 헬륨 흐름에서 수행됩니다. 그런 다음 이라는 도구를 사용하여 가스를 탐색합니다. 가변 레이저 분광계 메탄에 존재하는 탄소 동위 원소를 찾기 위해.

화성에 있는 샘플 분석 장비를 SAM이라고 합니다. SAM은 잠재적으로 중요한 생명 구성 요소인 유기 화학 물질과 가벼운 요소를 검색하고 측정하는 세 가지 다른 기기로 구성되어 있습니다. 크레딧: NASA/JPL-Caltech

SAM Curiosity 시스템 뒤에 있는 팀은 이 과정에서 24개의 암석 샘플을 조사했고 최근에 주목할 만한 것을 발견했습니다. 샘플 중 6개는 C12에서 C13으로 상승된 수준을 나타냈습니다. C12/C13 비율에 대한 지구 기반 참조 표준과 비교할 때 이 6개 사이트의 샘플에는 1000분의 70 이상의 C12가 포함되어 있습니다. 지구에서 탄소의 98.93%는 C12 지구이고 C13은 나머지 1.07%를 구성합니다.

미국 국립과학원회보(PNAS)에 발표된 새로운 연구 결과가 발표되었습니다. 그 제목은고갈된 탄소 동위원소 조성은 화성의 게일 분화구에서 관찰되었습니다.주 저자는 Penn State University의 호기심 과학자인 Christopher House입니다.

이것은 흥미로운 발견이며, 이러한 결과가 지구에서 얻어진다면 생물학적 과정이 C12를 풍부하게 생성했음을 나타낼 것입니다.

고대 지구에서 원양 박테리아는 부산물로 메탄을 생성했습니다. 그들은 호출 메탄 생성 물질, 도메인 Archaea의 원핵생물입니다. 메탄 생성 물질은 오늘날 지구, 저산소 습지, 반추동물의 소화관, 온천과 같은 가혹한 환경에서 여전히 발견됩니다.

이 박테리아는 대기로 들어가 자외선과 반응하는 메탄을 생성합니다. 이러한 상호 작용은 지구 표면으로 떨어지는 더 복잡한 분자를 생성합니다. 그들은 탄소 발자국과 함께 지구의 암석에 보존되었습니다. 화성에서도 같은 일이 일어났을 수 있으며 만약 그렇다면 큐리오시티의 발견을 설명할 수 있을 것입니다.

하지만 여기는 화성입니다. 화성에서의 생명체 탐색의 역사가 우리에게 무언가를 말해 준다면, 그것은 우리가 우리 자신보다 앞서야 한다는 것이 아닙니다.

화성 연구소에서 큐리오시티 샘플을 분석한 전 수석 연구원인 폴 마하피는 “화성에서 흥미로운 것을 발견하고 있지만 생명체를 확인했다는 증거가 더 필요하다”고 말했다. “그래서 우리는 생명체가 아니라면 우리가 보고 있는 탄소 서명의 원인이 무엇인지 조사하고 있습니다.”

Curiosity는 2018년 8월 9일 Vera Rubin Ridge에서 이 360도 파노라마 사진을 캡처했습니다. 출처: NASA / JPL-Caltech / MSSS

그들의 논문에서 저자들은 “비정상적으로 고갈된 사람들에 대한 여러 가지 그럴듯한 설명이 있습니다. ¹³C는 진화하는 메탄에서 관찰되지만 추가 연구 없이는 단일 설명을 받아들일 수 없습니다. “

이와 같은 탄소 발자국을 이해하는 데 있어 한 가지 어려운 점은 소위 접지 편향입니다. 과학자들이 대기의 화학과 관련된 것들에 대해 알고 있는 대부분은 지구를 기반으로 합니다. 따라서 화성에서 새로 발견된 탄소 서명과 관련하여 과학자들은 화성에 존재하지 않을 수도 있는 새로운 가능성에 마음을 열어두기가 어렵다는 것을 알 수 있습니다. 화성에서의 생명체 탐색의 역사는 우리에게 이것을 말해줍니다.

탄소 연구에 참여한 Goddard 우주생물학자인 Jennifer L. Eigenbrod는 말했습니다. 이전에 Eigenbrode는 Curiosity 과학자로 구성된 국제 팀을 이끌고 화성 표면에서 탄소를 포함하는 수많은 유기 분자를 발견했습니다.

Eigenbrod는 “우리는 마음을 열고 틀 밖에서 생각해야 합니다. 이것이 바로 이 논문이 하는 일입니다.”라고 말했습니다.

연구자들은 논문에서 특이한 탄소 특징에 대한 두 가지 비생물학적 설명을 인용했습니다. 그 중 하나는 분자 구름과 관련이 있습니다.

분자 구름 가설에 따르면 우리 태양계는 수억 년 전에 분자 구름을 통과했습니다. 이것은 드문 현상이지만 1억 년에 한 번 발생하므로 과학자들은 이를 배제할 수 없습니다. 분자 구름은 주로 분자 수소이지만 하나는 Gale Crater에서 발견된 더 가벼운 탄소 유형 Curiosity가 풍부할 수 있습니다. 구름이 화성을 상당히 냉각시켜 이 시나리오에서 빙하가 발생했을 수 있습니다. 냉각과 결빙은 분자 구름의 가벼운 탄소가 화성의 다른 탄소와 섞이는 것을 방지하여 높은 이산화탄소의 퇴적물을 생성했습니다. 논문은 “빙하 기간 동안 빙하가 녹고 그 후 얼음이 후퇴하면서 지형학적 표면에 성간 먼지 입자를 남겨야 한다”고 명시하고 있다.

Curiosity가 Vera Rubin Ridge와 같은 능선 꼭대기와 Gale Crater의 다른 고점에서 일부 높은 C12 수준을 발견했기 때문에 가설이 맞습니다. 샘플은 “…다양한 암석(점토, 모래 및 사암)에서 수집되었으며 현재까지 임무 수행 중에 잠정적으로 배포되었습니다.”라고 신문에 나와 있습니다. 그러나 분자 구름 가설은 일어날 것 같지 않은 일련의 사건입니다.

NASA의 큐리오시티 로버가 멀리 떨어진 분화구 가장자리를 배경으로 게일 분화구 내부 샤프 산 기슭의 베라 루빈 능선을 탐험하면서 드릴로 하늘을 가리키는 로봇 팔을 들어 올립니다. 이 Navcam 카메라 모자이크는 2017년 10월 2일 Sol 1833에서 찍은 원본 이미지에서 꿰매어 채색되었습니다. 출처: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.

또 다른 비생물학적 가설은 자외선과 관련이 있습니다. 화성 대기에는 95% 이상의 이산화탄소가 포함되어 있으며 이 시나리오에서 자외선은 화성 대기의 이산화탄소 가스와 반응하여 새로운 탄소 함유 입자를 생성할 수 있습니다. 입자들은 화성에 비가 내려 그곳에서 암석의 일부가 되었을 것입니다. 이 가설은 메탄 생성 물질이 간접적으로 지구에서 C12를 생성하는 방식과 유사하지만 완전히 비생물적입니다.

수석 저자인 크리스토퍼 하우스(Christopher House)는 “세 가지 설명이 모두 데이터에 맞습니다. “그들을 배제하거나 제외하려면 더 많은 데이터가 필요합니다.”

연구의 이 수치는 탄소 특성을 설명할 수 있는 세 가지 가설을 명확히 합니다. 파란색은 화성 내부에서 생물학적으로 생성된 메탄을 보여줍니다. 이 메탄은 광분해 후 13°C에서 고갈된 유기물을 침전시켰습니다. 주황색은 많은 대기 생성물을 생성할 수 있는 UV 광을 통한 광화학 반응을 나타내며, 그 중 일부는 화학 결합이 쉽게 끊어지는 유기 물질로 침착될 수 있습니다. 회색은 분자 구름 가설을 보여줍니다. 크레딧: House et al. 2022.

하우스는 “지구에서 화성에서 감지한 탄소 신호를 생성하는 과정은 생물학적 과정”이라고 덧붙였다. “화성에 대해 동일한 설명이 적용되는지 또는 화성이 완전히 다르기 때문에 다른 설명이 있는지 이해해야 합니다.”

Curiosity의 샘플 중 약 절반에 예상치 못한 높은 수준의 C12가 포함되어 있었습니다. 그것은 지구의 비율보다 높을 뿐만 아니라; 그것은 과학자들이 화성 운석과 화성 대기에서 발견한 것보다 높습니다. 샘플은 Gale Crater의 5개 장소에서 가져왔으며 모든 장소에는 한 가지 공통점이 있습니다. 바로 고대 지붕이 잘 보존되어 있다는 것입니다.

Paul Mahaffy가 말했듯이 결과는 “인상적으로 흥미롭습니다.” 그러나 과학자들은 여전히 ​​화성의 탄소 순환에 대해 배우고 있으며 우리는 여전히 많이 모릅니다. 지구의 탄소 순환을 기반으로 화성의 탄소 순환에 대한 가정을 하는 것은 유혹적입니다. 그러나 탄소는 우리가 아직 추측하지 못한 방식으로 화성을 순환할 수 있습니다. 이 탄소 서명이 궁극적으로 생명의 징후인지 여부는 화성의 탄소 서명을 이해하는 데 있어 여전히 귀중한 지식입니다.

워싱턴 D.C.에 있는 카네기 과학 연구소의 호기심 과학자인 앤드류 스틸은 “화성의 탄소 순환을 정의하는 것은 생명체가 그 순환에 어떻게 부합하는지 이해하려는 절대적인 열쇠”라고 말했습니다. “우리는 지구에서 이 작업을 성공적으로 수행했지만 화성의 주기를 정의하기 시작했습니다.”

그러나 지구의 탄소 순환을 기반으로 화성에 대한 결론을 내리는 것은 쉽지 않습니다. Steel은 이렇게 설명했습니다. “지구상의 탄소 순환에는 생명이 포함되는 큰 부분이 있으며, 생명 때문에 지구 탄소 순환의 많은 부분이 이해되지 않습니다. 우리가 보는 모든 곳에 생명이 있기 때문입니다. .”

NASA의 Perseverance 로버가 Jezero Crater에서 화성의 고대 생명체의 흔적을 찾고 있습니다. Curiosity의 결과는 지속성 샘플링 활동에 정보를 제공할 수 있습니다. 크레딧: NASA/JPL-Caltech/MSSS

큐리오시티는 화성에서 여전히 작동 중이며 한동안 작동할 것입니다. 화성의 탄소 순환에 대한 더 나은 이해와 함께 이 샘플의 의미가 앞서 있습니다. Curiosity는 탄소 동위원소 농도를 측정하기 위해 더 많은 암석 샘플을 필요로 합니다. 다른 고대의 잘 보존된 표면에서 암석을 샘플링하여 결과가 유사한지 확인합니다. 이상적으로는 다른 메탄 컬럼을 만나서 샘플링하지만 이러한 이벤트는 예측할 수 없으며 이에 대해 준비할 방법이 없습니다.

어느 쪽이든, 이러한 결과는 Jezero Crater에서 지속성 샘플을 수집하는 데 도움이 될 것입니다. 인내는 유사한 탄소 신호를 확인하고 생물학적 신호인지 여부를 결정할 수도 있습니다.

인내심은 또한 지구로 돌아가기 위해 샘플을 수집하고 있습니다. 과학자들은 탐사선의 실험실보다 이 샘플을 더 적극적으로 연구할 것이므로 우리가 무엇을 배울지 누가 알겠습니까?

화성의 고대 생명체는 감질나는 가능성이지만 적어도 현재로서는 확실하지 않습니다.

원래 게시 위치 오늘의 우주.

이 연구에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

참조: “화성 Gale Crater, Mars에서 관찰된 열화 탄소 동위원소 조성”, Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin 및 Paul R. Mahaffey, 2022년 1월 17일, 국립과학원 회보.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119