(Phys.org) — In 1976, twee Viking-landers werden het eerste Amerikaanse ruimtevaartuig vanaf de aarde dat op Mars landde. Ze namen de eerste hoge resolutie beelden van de planeet, de geografische kenmerken van de planeet onderzocht, en analyseerde de geologische samenstelling van de atmosfeer en het oppervlak. Misschien wel het meest intrigerende, ze voerden ook experimenten uit die zochten naar tekenen van microbieel leven in de bodem van Mars.

Algemeen, deze levensdetectie-experimenten leverden verrassende en tegenstrijdige resultaten op. Een experiment, het Labeled Release (LR) experiment, toonde aan dat de bodem op Mars positief testte voor metabolisme - een teken dat, op aarde, zou vrijwel zeker de aanwezigheid van leven suggereren. Echter, een verwant experiment vond geen spoor van organisch materiaal, wijst op de afwezigheid van leven. Zonder organische stoffen, wat kan zijn, of lijken te zijn, metaboliseren?

In de veertig jaar sinds deze experimenten, wetenschappers zijn er niet in geslaagd de tegenstrijdige resultaten met elkaar te verzoenen, en de algemene consensus is dat de Viking-landers geen sluitend bewijs van leven op Mars hebben gevonden. Echter, een kleine minderheid van wetenschappers stelt dat de Vikingresultaten positief waren voor het leven op Mars.

Een prominente voorstander van deze opvatting is Gilbert Levin, Experimentator van het Viking LR-experiment. Aanvankelijk, Levin dacht dat de LR-resultaten onduidelijk waren, en verklaarde alleen dat de resultaten in overeenstemming waren met de biologie. Echter, in 1997, na vele jaren van verdere experimenten op aarde, samen met nieuwe ontdekkingen op Mars (die NASA nu "bewoonbaar" heeft verklaard), en de ontdekking van micro-organismen die leven onder omstandigheden op aarde die net zo streng zijn als die op Mars, hij en zijn Viking Co-Experimenter, Dr. Patricia A. Straat, hebben betoogd dat de resultaten van Mars het best kunnen worden verklaard door levende organismen.

Onlangs, Levin en Straat publiceerden een perspectiefstuk in het tijdschrift Astrobiologie waarin ze de resultaten van het Viking LR-experiment heroverwegen in het licht van recente bevindingen op Mars en recente voorstellen voor anorganische stoffen die de waargenomen metabolisme-achtige processen kunnen nabootsen. Ze stellen dat geen van de voorgestelde abiotische stoffen de Viking-resultaten voldoende verklaart, en dat Mars-microben nog steeds moeten worden beschouwd als de beste verklaring voor de resultaten.

Hoe het experiment met gelabelde vrijgave werkte

In het LR-experiment zowel de Viking 1- als de Viking 2-landers verzamelden monsters van Marsgrond, injecteerde ze met een druppel verdunde voedingsoplossing, en vervolgens de lucht boven de grond gecontroleerd op tekenen van metabole bijproducten. Omdat de voedingsstoffen waren gelabeld met radioactieve koolstof-14, als micro-organismen in de bodem de voedingsstoffen metaboliseren, van hen zou worden verwacht dat ze radioactieve bijproducten produceren, zoals radioactief kooldioxide of methaan.

Voordat we het Viking-ruimtevaartuig lanceren, de onderzoekers testten het experimentele protocol op een breed scala van terrestrische bodems uit ruwe omgevingen, van Death Valley tot Antarctica. In ieder geval, de experimenten testten positief voor het leven. Dan als controle de onderzoekers verhitten de monsters tot 160 °C om alle levensvormen te doden, en daarna opnieuw getest. In ieder geval, de experimenten testten nu negatief. Om verder te bevestigen dat de experimentele procedure geen valse positieven zou opleveren, de onderzoekers testten het op gronden waarvan bekend is dat ze steriel zijn, zoals die van de maan en het vulkanische eiland Surtsey bij IJsland, die zoals verwacht negatieve resultaten opleverde.

Eenmaal op Mars, het LR-experiment werd uitgevoerd nadat het experiment op zoek naar organische moleculen met lege handen opkwam. Dus het kwam als een verrassing toen beide Vikinglanders, gelegen 4, 000 mijl uit elkaar, verzamelde grond die positief testte voor metabolisme. Om de mogelijkheid uit te sluiten dat de sterke ultraviolette straling op Mars de positieve resultaten zou kunnen veroorzaken, de landers verzamelden grond begraven onder een rots, die opnieuw positief testten. De controletests werkten ook, waarbij de sterilisatiecontrole van 160 °C negatieve resultaten opleverde.

In aanvulling, het leek erop dat wat de metabolisering ook deed, relatief kwetsbaar was, aangezien de metabolische activiteit significant werd verminderd bij verwarming van het monster tot 50 °C, en volledig afwezig bij opslag van de grond gedurende twee maanden in het donker bij 10 °C. Levin en Straat zijn van mening dat deze resultaten het sterkste bewijs leveren dat de bodem Marsleven bevatte.

niet-biologische kandidaten

Sinds de LR-experimenten, onderzoekers hebben gezocht naar andere soorten niet-biologische chemicaliën die identieke resultaten zouden kunnen opleveren.

In hun nieuwe krant Levin en Straat bespreken enkele van deze voorstellen. Een mogelijke kandidaat is formaat, dat een bestanddeel is van mierenzuur dat van nature op aarde voorkomt. Een experiment van het LR-type uit 2003 wees uit dat formiaat in een grondmonster uit de Atacama-woestijn in Zuid-Amerika een positief resultaat opleverde, ook al bevatte de bodem vrijwel geen micro-organismen. Echter, de studie omvatte geen sterilisatiecontrole, en het is waarschijnlijk dat de formiaatconcentratie in de Atacama-woestijn veel hoger is dan die op Mars.

Een andere potentiële kandidaat is perchloraat of een van de afbraakproducten ervan. In 2009, de Phoenix-missie naar Mars ontdekte perchloraten in de bodem van Mars. Hoewel perchloraten een positief resultaat kunnen opleveren omdat ze gas produceren bij interactie met sommige aminozuren, ze breken niet af bij 160 °C, en zou dus positieve resultaten blijven geven na de sterilisatiecontrole.

Een studie uit 2013 stelde voor dat kosmische straling en zonnestraling ervoor kunnen zorgen dat perchloraat wordt afgebroken tot hypochloriet, die positieve resultaten zou opleveren en, in tegenstelling tot perchloraat, wordt vernietigd door verhitting tot 160 °C. Om deze redenen, hypochloriet is misschien wel de beste kandidaat tot nu toe om de LR-resultaten te verklaren.

Hoe dan ook, Levin en Straat merken op dat hypochloriet nog niet is getest bij 50 °C (de temperatuur waarbij de activiteit van de Marsbodem significant was verminderd) of na langdurige opslag in het donker (wat een negatief resultaat opleverde voor de Marsmonsters) . Dus op dit punt, geen enkel niet-biologisch middel heeft aan alle LR-resultaten voldaan.

Biologische kandidaten

Tegenwoordig weten onderzoekers veel meer over Mars dan veertig jaar geleden. Een van de grootste ontdekkingen vond plaats in 2014, toen de Mars Science Laboratory Curiosity-rover voor het eerst de aanwezigheid van organische moleculen op Mars ontdekte.

In de afgelopen twee jaar, Curiosity's monsteranalyse aan boord in het laboratorium van Mars (SAM) heeft methaan gedetecteerd, gechloreerde koolwaterstoffen, en andere organische moleculen. Onderzoekers vermoeden dat deze organische stoffen zich op Mars hebben gevormd of daarheen zijn gebracht door meteorieten.

De ontdekking van organisch materiaal op Mars roept de vraag op waarom het Viking-experiment in 1976 geen organisch materiaal heeft gedetecteerd. Zoals Levin uitlegt, er zijn meerdere redenen die kunnen verklaren waarom de Viking-resultaten negatief waren.

"We hebben lang geleden gewezen op de problemen met de Viking GCMS (gaschromatograaf-massaspectrometer), "Zei Levin. "Zelfs zijn experimentator, Dr. Klaus Biemann, benadrukte vaak dat de GCMS geen levensdetectie-experiment was. Er waren minstens een miljoen microbiële cellen nodig om organisch materiaal te detecteren. In aanvulling, het instrument had vaak gefaald toen het op aarde werd getest. Later, er werd beweerd dat perchloraat in de bodem de organische stof vernietigde. Echter, Ik bekijk dit voorzichtig omdat er geen bewijs is voor perchloraat op de Viking-sites."

In het licht van de recente bevindingen, Levin en Straat vinden het belangrijk om de LR-resultaten te heroverwegen als biologische oorsprong. Andere onderzoekers die deze opvatting ondersteunen, hebben voorgesteld dat het leven op Mars de vorm zou kunnen aannemen van methanogenen (micro-organismen die methaan als bijproduct produceren), halofielen (die zowel hoge zoutconcentraties als sterke straling en lage zuurstofconcentraties kunnen verdragen), of een soort "cryptobiotisch" micro-organisme dat sluimert totdat het opnieuw wordt geactiveerd, zoals door een voedingsoplossing zoals die in het LR-experiment.

Uitdagingen publiceren

Het publiceren van een artikel over het leven op Mars was heel anders dan het publiceren van meer typische studies (door de jaren heen, Levin's onderzoek omvatte caloriearme zoetstoffen, farmaceutische medicijnen, veiligere pesticiden, en afvalwaterzuiveringsprocessen, onder andere). Het duurde bijna 20 jaar voordat Levin en Straat een peer-reviewed artikel publiceerden over hun interpretatie van de Viking LR-resultaten.

"Sinds ik voor het eerst concludeerde dat de LR leven had gedetecteerd (in 1997), grote jurytijdschriften hadden onze publicaties geweigerd, "Liven vertelde" Phys.org . "Ik en mijn co-experimentator, Dr. Patricia Ann Straat, vervolgens voornamelijk gepubliceerd in de sectie astrobiologie van de SPIE Proceedings, na de presentatie van de papers op de jaarlijkse SPIE-conventies. Hoewel dit uitnodigingspapieren waren, ze werden grotendeels genegeerd door het merendeel van de astrobiologen in hun publicaties." Deze artikelen zijn beschikbaar op gillevin.com.

"Tijdens een bijeenkomst van de Canadian Space Agency, Ik ontmoette Dr. Sherry Cady, de redacteur van Astrobiologie . Ze nodigde me uit om een ​​paper in te dienen voor peer review. Ik deed het en het werd onmiddellijk teruggestuurd, niet eens opgestuurd voor beoordeling vanwege zijn levensclaim.

"Pat en ik besloten dat we een paper zouden produceren dat de grootst mogelijke wetenschappelijke controle zou doorstaan. Het kostte jaren van talloze uitleveringen en naleving of uitleg van een groot aantal opmerkingen van recensenten, maar we hielden vol totdat we alle negatieve opmerkingen hadden weggegooid. Dus, we denken dat deze publicatie behoorlijk belangrijk is omdat hij zo grondig is geschrobd dat de resterende punten stevig zijn vastgelegd.

"Je bent het misschien niet eens met de conclusie, maar je kunt de stappen die daarheen leiden niet in diskrediet brengen. Je kunt alleen zeggen dat de stappen onvoldoende zijn. Maar, aan ons, dat lijkt een zwakke verdediging, aangezien niemand deze resultaten zou weerleggen als ze op aarde waren verkregen."

Vooruitzichten

Voor Levin en Straat, een van de belangrijkste redenen om het bestaan ​​van leven op Mars te overwegen, is een praktische reden die toekomstig onderzoek kan beïnvloeden.

"Het lijkt verstandig dat de wetenschappelijke gemeenschap de biologie handhaaft als een haalbare verklaring voor de experimentele resultaten van LR, ' schrijven ze in hun krant. 'Het lijkt onvermijdelijk dat astronauten uiteindelijk Mars gaan verkennen. In het belang van hun gezondheid en veiligheid, biologie moet in de voorhoede worden gehouden van mogelijke verklaringen voor de LR-resultaten."

Vooruit gaan, Levin en Straat stellen voor dat zorgvuldig ontworpen experimenten kunnen helpen bij het beantwoorden van de vraag naar het bestaan ​​van leven op Mars. Vooral, LR-type experimenten die testen op chirale voorkeur kunnen uitwijzen of de metaboliserende stof biologisch of chemisch is, omdat alleen biologische agentia onderscheid kunnen maken tussen linker- en rechterisomeren. De wetenschappers benadrukken ook het belang van de voortdurende zoektocht naar organische moleculen, vooral die met biologische betekenis zoals aminozuren, eenvoudige koolhydraten, lipiden, eiwitten, en DNA. Toekomstige experimenten kunnen ook de mogelijkheid bieden om Marsbodem onder een microscoop te onderzoeken.

Ondanks de positieve vooruitzichten, Levin en Straat merken op dat alle toekomstige experimenten een onvermijdelijk nadeel zullen hebben:het potentieel voor besmetting door eerdere landers. In dit verband, de Viking-landers waren uniek omdat ze het enige ongerepte Mars-levensdetectie-experiment waren dat we ooit zullen hebben.

© 2016 Fys.org