Een geologiestudent aan de Universiteit van Cincinnati helpt NASA te bepalen of er leven op andere planeten bestond.

Promovendus Andrew Gangidine werkt samen met UC-hoogleraar geologie Andrew Czaja aan de ontwikkeling van een marker voor oud bacterieel leven op Mars. Het onderzoek zou wetenschappers kunnen helpen een van onze meest fundamentele mysteries tot rust te brengen.

"We proberen de vraag te beantwoorden:hoe zeldzaam is leven in het universum?" aldus Gangidine.

Czaja, een assistent-professor aan het McMicken College of Arts and Sciences van de UC, is lid van een NASA-adviescommissie die zal beslissen waar op Mars de volgende op afstand bestuurbare rover naartoe wordt gestuurd. Onder andere doelstellingen, de rover zal op zoek gaan naar bewijs dat er ooit leven op de rode planeet heeft bestaan. De adviescommissie heeft de lijst met kandidaten voor landingsplaatsen teruggebracht tot drie en zal later dit jaar een finalist aanbevelen.

In de tussentijd, Gangidine bestudeert het microbiële leven in warmwaterbronnen van silica om een ​​bruikbare indicator voor het leven op Mars te vinden. De afgelopen twee jaar, hij heeft veldwerk verricht in de geiserbassins van het Yellowstone National Park in Wyoming om te onderzoeken welke elementen worden geassocieerd met bacteriën die in deze geothermische poelen leven.

"We willen objectief blijven. Sommige mensen denken dat er leven op Mars moet zijn, ' zei Gangidine. 'Anderen denken dat er zeker geen leven op Mars is. En beide kanten hebben een goede kans om gelijk te hebben. Beiden hebben geldige argumenten. Daarom, als we daarheen gaan en niets zien, het zal geen 'missie mislukt' zijn."

Gangidine presenteerde zijn onderzoek op 25 april op de tweede internationale Mars Sample Return-conferentie in Berlijn, Duitsland.

Vandaag, we weten dat er geen leven op Mars kan bestaan, althans niet op het droge oppervlak. Zonnestraling splitste bijna 3 miljard jaar geleden het grootste deel van het oppervlaktewater in zijn elementaire delen, toen de rode planeet zijn beschermende magnetische veld verloor.

Maar wetenschappers discussiëren over de vraag of er ergens diep onder de grond leven bestaat. tussen waterzakken rond geothermische gebieden die lijken op de geisers van Yellowstone.

Het vinden van bewijs van leven op Mars is verrassend ingewikkeld.

Als Mars ooit leven heeft voortgebracht, het is mogelijk dat het werd weggevaagd toen het grootste deel van de atmosfeer verdween in de zonnewind, zei Czaja.

Dus NASA-wetenschappers moeten bereid zijn om te zoeken naar fossiel bewijs van bacterieel leven dat zo ver teruggaat. Gangidine zei dat het goede nieuws is dat soortgelijke fossielen van het vroege bacteriële leven meer dan 3,5 miljard jaar geleden op aarde zijn gevonden. Dit maakt hem optimistisch dat als er ooit soortgelijk leven op Mars bestond, NASA heeft een kans om er een fossiel van te vinden.

"We kunnen kijken naar het leven dat vandaag in deze silica-afzettingen wordt bewaard. We hebben bewijs dat dit gedurende de geologische tijd is gebeurd, " zei Gangidine. "Wat we proberen te doen, is fossilisatie op te vangen terwijl het gebeurt. Wat gebeurt er met de microben zelf? En wat gebeurt er met de sporenelementen waarvan we denken dat ze ermee geassocieerd zijn terwijl ze leven?"

Om aanwijzingen te vinden over het oude leven op Mars, geologen kijken naar warmwaterbronnen zoals die in het eerste nationale park van Amerika.

Gangidine en zijn collega's hebben vergunningen nodig om monsters te nemen in het achterland van het park. Maar het verkennen van de geiserbassins kan lastig en gevaarlijk zijn. Een toerist stierf in 2017 nadat hij in een van de kokende poelen van het bassin was gevallen terwijl hij off-trail wandelde.

"Deze dingen kunnen echt het vlees van je botten halen, "Zei Gangidine. "Op de bodem van warmwaterbronnen die we bestuderen, zie je schedels van bizons en andere dieren die ongelukkig genoeg waren om te dichtbij te dwalen."

Het team van Gangidine bestaat uit een ervaren veldonderzoeker in het achterland, UC postdoctoraal fellow Jeff Havig die nu bij de Universiteit van Minnesota is. Ze banen zich voorzichtig een weg door de caldera. Soms, ze kunnen zien waar de hoef van een bizon door de dunne korst is gebroken om dampende modder te onthullen.

Het geologische werk brengt hen door "bevende moerassen, " een dunne laag turf en gras die diepe, bewegende modder bedekte. Gangidine liep naast een collega op zo'n wandeling toen hij tot boven zijn knieën in het verraderlijke slijk zonk.

"Gelukkig, die plaats was niet superheet. Maar ik liep op slechts een voet afstand van iemand anders. De grond kan echt snel veranderen, " zei hij. "Als we naar deze instellingen gaan, we moeten heel voorzichtig zijn."

Kokend zuur en lava-achtige modder zijn niet de enige gevaren voor onderzoekers in de geiserbassins. Ze moeten ook oppassen dat ze niet te lang rond de stoomopeningen blijven, die een mengsel van gassen bevatten, zoals koolstofdioxide, waterstofsulfide en methaan die een persoon onder de juiste omstandigheden kunnen verstikken.

De U.S. Geological Survey documenteerde dit fenomeen in 1888 in een deel van het park met de bijnaam "Death Gulch, "een natuurlijke depressie tussen twee steile heuvels waar giftige gassen opborrelen uit Cache Creek. Harvard University-geoloog T.A. Jaggar Jr. keerde in 1899 terug naar het gebied en vond zes beren, een eland en verschillende kleine dieren die blijkbaar stierven nadat ze waren bezweken aan de giftige dampen.

Maar zelfs in de frisse lucht, het uit de grond opstijgende gas kan een cumulatief effect hebben, aldus Gangidine.

"Deze warmwaterbronnen stoten veel gassen uit die je niet wilt inademen. Ze binden zich aan de hemoglobine die zuurstof door je lichaam transporteert. Als je dat inademt, je wordt erg vermoeid, ' zei Gangidine.

"Daarom proberen we om de drie dagen dat we in het veld werken een dag buiten het veld in te plannen. Als je er vier dagen bent, je kunt je echt een zombie voelen. Het is echt moeilijk om na te denken, moeilijk te verplaatsen."

Als bachelor biologie aan de UC, Gangidine werkte samen met UC-biologieprofessor Dennis Grogan om microbieel leven, extremofielen genaamd, te onderzoeken die op vijandige plaatsen leven, zoals de zure of alkalische warmwaterbronnen van Yellowstone. Nu als geoloog, Gangidine bestudeert de fossielen die deze winterharde eencellige wezens achterlaten.

"Hete bronnen maken silica-afzettingen die het leven heel goed behouden, Gangidine zei. "Wanneer blootgesteld aan het oppervlak van een planeet, het kristalliseert niet en verandert niet. Dus deze monsters zouden relatief goed bewaard moeten blijven als we ze vinden."

In het geologielab van UC professor Czaja, Gangidine tuurt door een microscoop naar objectglaasjes die hij heeft gemaakt van stukjes Yellowstone-silica die hij uit een bergachtige stoomkegelgeiser heeft gehaald.

De bacteriefilamenten van monsters die aan de bovenkant van de geiser zijn genomen, zijn vol kleur. Maar de oudere monsters, sommige misschien wel duizenden jaren oud, zijn kleurloos, zelfs als ze hun vorm behouden. Dus voor meer aanwijzingen over deze basisvorm van leven, Gangidine onderwerpt de bacteriële monsters aan elementaire analyse met behulp van een secundaire ionenmassaspectrometer. De analyse maakt de elementen levendig van kleur:diepgeel, rood en groen die chroom of gallium vertegenwoordigen, misschien geassocieerd met het bacteriële leven.

Als Gangidine een correlatie vindt tussen de concentraties en ruimtelijke verdelingen van bepaalde elementen en de bacteriën, het zou kunnen dienen als een biosignatuur die wetenschappers kunnen gebruiken om vorig leven op Mars te identificeren.

"De reden dat we voor gallium hebben gekozen, is dat het niet bekend is dat het in verband wordt gebracht met leven. Maar als we kijken naar de gefossiliseerde bacteriële monsters, wij vinden het, dus er moet iets aan de hand zijn "Zei Gangidine. "Bewaren de bacteriën bepaalde elementen bij voorkeur in tegenstelling tot wat je elders in deze rotsen zou vinden?"

Gangidine werkt samen met onderzoekers in Australië, de thuisbasis van enkele van 's werelds oudste fossielen, sommige dateren van 3,5 miljard jaar.

"Als ik een biohandtekening wil maken, Ik moet bewijzen dat het door de tijd heen blijft bestaan, " zei Gangidine. "Het bestaat in deze relatief jongere monsters. Maar bestaat het in deze oude monsters, te? Dat zal cruciaal zijn om erachter te komen."

Gangidine is ook van plan om een ​​kunstmatige warmwaterbron in een laboratoriumaquarium te bouwen met soortgelijke elementen die in geisers worden aangetroffen. Door een oververzadiging in het water aan te brengen, de overtollige silica zal op dezelfde manier neerslaan als in de natuur. Dan kan hij sporenchemicaliën toevoegen die verband houden met het leven en bestuderen wat er gebeurt in een miniatuurwereld zonder leven.

"Om te bewijzen dat we een biohandtekening hebben gevonden, we moeten bewijzen dat de handtekening niet voorkomt zonder leven, " hij zei.

"Gallium is degene waar we door werden verrast, " zei Czaja. "Het wordt geassocieerd met silica in de buurt van de bacteriën, maar zit niet in de bacteriën."

Zoals Gangidine, Czaja begon in de wetenschappen door biologie te studeren voordat hij een carrière in de paleontologie nastreefde.

Czaja's NASA-adviescommissie zal in oktober bijeenkomen om te beslissen waar ze de rover naar toe willen sturen op Mars tussen de drie voorkeursbestemmingen. De rover is voorlopig gepland voor lancering in juli of augustus 2020, ongeveer zeven maanden later op Mars aankomen.

"NASA gaat graag naar nieuwe plaatsen om de grens te verleggen. Geologen gaan graag steeds weer naar dezelfde plaatsen terug om nieuwe vragen te stellen, ' zei Czaja.

De rover zal monsters verzamelen in verzegelde containers voor verzending naar de aarde in een latere missie. Het kan dus nog vele jaren duren voordat geologen zoals Czaja en Gangidine weten of hun vermoedens over waar ze het beste naar leven op Mars kunnen zoeken, juist waren.

Helpen bij het formuleren van een vraag die je misschien nooit zult zien beantwoord, is een van de meest onbaatzuchtige bezigheden van de wetenschap, zei Czaja.

"Een ding dat ik leuk vind aan deze NASA-missies is het langetermijndenken en plannen, " zei hij. "Mensen die nu aan deze projecten werken, zien misschien nooit de resultaten. Maar ze zijn nog steeds bereid om het werk te doen, omdat het zo'n fascinerende vraag is."

De Mars 2020-missie zal geen mislukking zijn als wetenschappers geen bewijs van leven vinden. In tegendeel, aldus Gangidine.

"Als we het vinden, we kunnen zeggen dat het leven misschien niet zo zeldzaam is onder planeten, "Zei Gangidine. "Maar als we geen leven vinden op plaatsen die de meest ideale en best bewaarde kandidaten zouden zijn, dan is het leven misschien vrij zeldzaam."

Maar als NASA bewijs vindt van leven op Mars, dat zou erop kunnen wijzen dat het leven uit een oersoep toch niet zo bijzonder is. En de eerste vraag zal zijn hoe het leven op Mars zich verhoudt tot het leven op aarde, zei Czaja. Was er een gemeenschappelijke voorouder?

"Misschien zijn we allemaal marsmannetjes, ' zei Czaja.

Elke bewering over het al dan niet bestaan ​​van leven op Mars zal wereldwijd aan kritisch onderzoek en scepsis worden onderworpen. Czaja zei dat onderzoekers bereid moeten zijn om een ​​schat aan bewijs te leveren om hun bevindingen te staven.

"Het is lang niet genoeg om iets te vinden dat op een bacteriecel lijkt, ' zei Czaja. 'Er zijn niet-biologische dingen die er zo uit kunnen zien. Maar als je een cascade van eigenschappen hebt - dit en dit en dit bij elkaar opgeteld - is het moeilijk om het op een andere manier uit te leggen, behalve voor het leven."