De zoektocht naar biologie op buurplaneet Mars zal zich niet afspelen als een Hollywood-film met kleine groene mannetjes in de hoofdrol. Liever, veel wetenschappers zijn het erover eens dat als er leven was op de rode planeet, het zal zich waarschijnlijk presenteren als gefossiliseerde bacteriën. Om het te vinden, astrobiologen zullen waarschijnlijk de chemische analyse van gesteentemonsters moeten decoderen die zijn uitgevoerd door een rover (zoals die NASA van plan is in 2020 naar Mars te sturen). Alleen dan kan de mensheid definitief weten dat er buiten de aarde leven bestaat.

Een nieuw artikel in het tijdschrift Astrobiologie suggereert dat NASA en anderen die op zoek zijn naar bewijs van Marsbiologie in de vorm van "microfossielen" het element vanadium in combinatie met Raman-spectroscopie op organisch materiaal kunnen gebruiken als biosignaturen om sporen van buitenaards leven te bevestigen.

"Je hebt je werk uit handen als je kijkt naar oud sedimentair gesteente voor microfossielen hier op aarde - en nog meer op Mars, " zei Craig Marshall, de hoofdauteur van het artikel en een universitair hoofddocent geologie aan de Universiteit van Kansas. "Op aarde, de rotsen zijn hier al 3,5 miljard jaar, en tektonische botsingen en herschikkingen hebben veel stress en druk op rotsen uitgeoefend. Ook, deze rotsen kunnen begraven worden, en de temperatuur neemt toe met de diepte."

Marshall vergelijkt een potentieel oud Mars-micro-organisme met een stuk biefstuk uit de supermarkt in een snelkookpan.

"Je kunt zien dat een biefstuk er biologisch uitziet - er druipt bloed uit, "zei hij. "Dan, je stopt het heel lang in een snelkookpan, en je eindigt met houtskool. Het kan abiotische houtskool zijn, of het kan worden gemaakt van hitte en druk op organische materialen. Veel biologische verbindingen worden vernietigd en verscheurd door hitte en druk, en je blijft zitten met koolstofresten. We kunnen deze koolstof zien met Raman-spectroscopie."

Inderdaad, al enige tijd maken paleontologen en astrobiologen die op zoek zijn naar stukjes leven op Mars gebruik van Raman-spectroscopie, een techniek die de cellulaire samenstelling van een monster kan onthullen.

"Mensen zeggen, 'Als het op leven lijkt en een Raman-signaal van koolstof heeft, dan hebben we het leven, '" zei Marshall. "Maar, natuurlijk, we weten dat er koolstofhoudende materialen kunnen worden gemaakt in andere processen - zoals in hydrothermale ventilatieopeningen - die consistent zijn met het uiterlijk van microfossielen die ook een koolstofsignaal hebben. Mensen maken ook kunstmatig prachtige koolstofstructuren die op microfossielen lijken - precies hetzelfde. Dus, we bevinden ons nu op een kruispunt waar het echt moeilijk te zeggen is of er leven is alleen gebaseerd op morfologie en Raman-spectroscopie."

In de nieuwe krant Marshall en zijn co-auteurs bieden een pad naar ijzersterke verificatie dat microfossielen ooit leefden. Volgens de onderzoekers is de voorgestelde techniek zou mogelijk kunnen zijn om te presteren met instrumentatie die al is gepland voor de NASA 2020-rovermissie om gebieden van Mars te verkennen waar de oude omgeving microbieel leven zou hebben bevorderd.

Onderzoekers omvatten Alison Olcott Marshall aan de KU, Jade Aitken en Peter Lay van de Universiteit van Sydney, Barry Lai van het Argonne National Laboratory, Pierre Breuer van de Saudi Arabian Oil Co. en Philippe Steemans van de University de Liege.

"We hebben een nieuwe techniek toegepast, röntgenfluorescentiemicroscopie genaamd - het kijkt naar elementaire samenstelling, " zei Marshall. "Vanadium is een element in het periodiek systeem, een overgangsmetaal. Het is aangetoond dat het kan substitueren in biologische verbindingen. Als je niet ondubbelzinnig kunt bepalen of iets biologie is of niet met morfologie en Raman-spectroscopie in tandem - misschien kunnen we zoeken naar een bekend biologisch element, zoals vanadium. Vervolgens, als het materiaal dat eruitzag als een microfossiel, en zag er koolstofhoudend uit met Raman-spectroscopie - en had vanadium - dat is een nieuwe manier om erachter te komen of iets echt biologie was."

Volgens de onderzoekers is vanadium is te vinden in ruwe olie, asfalt en zwarte leisteen, gevormd uit erkende biologische bronnen.

"Vanadium wordt gecomplexeerd in het chlorofylmolecuul, Marshall zei. "Chlorofylen hebben meestal magnesium in het midden - onder begraven, vanadium vervangt het magnesium. Het chlorofylmolecuul raakt verstrikt in het koolstofhoudende materiaal, waardoor het vanadium behouden blijft. Het is alsof je een touw in je garage hebt liggen en voordat je het opbergt, wikkel je het in zodat je het de volgende keer dat je het nodig hebt kunt ontrafelen. Maar na verloop van tijd raakt het op de garagevloer verward, dingen raken erin verstrikt. Zelfs als je dat touw hard schudt, dingen komen niet uit. Het is een verwarde puinhoop. evenzo, als je naar koolstofhoudend materiaal kijkt, is er een wirwar van vellen koolstof en je hebt het vanadium erin vermengd."

Marshall en zijn collega's bewezen het concept van het testen op vanadium op bekende microfossielen met erkende biologische oorsprong op aarde - organische microfossielen die acritarchen worden genoemd en die misschien niet ver verwijderd zijn van het soort sporen van leven dat mogelijk op de Rode Planeet bestaat.

"We hebben acritarchen getest om een ​​proof-of-concept te doen op een microfossiel waar er geen twijfel over bestaat dat we kijken naar bewaarde oude biologie, ' zei Marshall. 'De leeftijd van dit microfossiel is volgens ons Devoon. Deze jongens zijn in het water levende micro-organismen - men denkt dat ze microalgen zijn, een eukaryote cel, geavanceerder dan bacterieel. We hebben het vanadiumgehalte gevonden dat je zou verwachten in cyanobacteriële materialen."

Het werk werd ondersteund door een ARC International Research Grant (IREX) op zoek naar biosignaturen voor extracellulair leven, de Australische Synchrotron, en het Department of Energy bij de Advanced Photon Source, Argonne Nationaal Laboratorium.

Toen Marshall een ARC-fellow was aan de Universiteit van Sydney, alvorens naar de KU te komen, hij werkte met co-auteur Lay's groep.

"We zijn van plan om verder Raman-spectroscopisch werk te doen aan de koolstofhoudende materialen met behulp van nanospectroscopische beeldvorming, Lay zei. "Dit onderzoek is ook van belang voor onderzoekers in het Europese ruimteprogramma op de Mars Explorer, sinds een andere onderzoeker van de ARC-beurs, hoewel hij niet aan dit aspect werkt, was Howell Edwards, die betrokken was bij instrumentatie voor de Mars Explorer."

Marshall zei dat de op vanadium gebaseerde verificatietechniek van zijn onderzoeksteam aandacht verdient van NASA-wetenschappers die plannen voor de Mars 2020-missie. Gelukkig, de KU-onderzoeker heeft goede contacten bij de ruimtevaartorganisatie.

"Hopelijk leest iemand bij NASA de krant, "zei Marshall. "Interessant genoeg, de wetenschapper die hoofdonderzoeker is van de röntgenspectrometer voor de ruimtesonde, ze noemen het de PIXL, was zijn eerste afgestudeerde student van Macquarie University, vóór zijn KU-tijden. Ik denk dat ik haar de krant e-mail en zeg:'Dit kan interessant zijn.'"