اكتشاف جزيئات عضوية جديدة تعيد كتابة تاريخ المريخ

اكتشاف الجزيئات العضوية على المريخ

اكتشف المسبار "كيوريوسيتي" التابع لوكالة ناسا أكبر جزيئات عضوية عُثر عليها حتى الآن على سطح المريخ، مما يفتح نافذة على ماضي الكوكب الأحمر. تشير المركبات المكتشفة حديثًا إلى أن الكيمياء العضوية المعقدة ربما تكون قد حدثت في ماضي الكوكب - من النوع الضروري لنشأة الحياة، وفقًا لبحث جديد.

وقد ظهرت المركبات العضوية، التي تشمل الديكان والدايكان والدوديكان، بعد أن حللت المركبة عينة صخرية مسحوقة عمرها 3.7 مليار سنة باستخدام مختبرها الصغير الموجود على متن المركبة والذي يُطلق عليه اسم SAM، وهو اختصار لعبارة "تحليل العينة على المريخ".

يعتقد العلماء أن السلاسل الطويلة من الجزيئات يمكن أن تكون أجزاء من الأحماض الدهنية، وهي جزيئات عضوية تشكل اللبنات الكيميائية للحياة على الأرض وتساعد في تكوين أغشية الخلايا. لكن مثل هذه المركبات يمكن أن تتشكل أيضاً دون وجود حياة، وتتكون عندما يتفاعل الماء مع المعادن في الفتحات الحرارية المائية.

لا يمكن حالياً تأكيد هذه الجزيئات كدليل على وجود حياة في الماضي على الكوكب الأحمر، لكنها تُضاف إلى القائمة المتزايدة من المركبات التي اكتشفها المستكشفون الآليون على المريخ في السنوات الأخيرة. نُشرت دراسة توضح بالتفصيل النتائج يوم الاثنين في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

كما أن اكتشاف الجزيئات الهشة يشجع علماء الأحياء الفلكية على أنه إذا كانت هناك أي إشارات حيوية، أو علامات سابقة للحياة، موجودة على المريخ، فمن المحتمل أنها لا تزال قابلة للاكتشاف على الرغم من الإشعاع الشمسي القاسي الذي قصف الكوكب لعشرات الملايين من السنين.

وقالت الدكتورة كارولين فريسينيه، المؤلفة الرئيسية للدراسة، وهي عالمة أبحاث في المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي في مختبر الغلاف الجوي والرصد والفضاء في غيانكور بفرنسا: "الحياة القديمة، إذا كانت قد حدثت على المريخ، فإنها كانت ستطلق بعض الجزيئات المعقدة والهشة". "ولأننا نعلم الآن أن المريخ يمكن أن يحافظ على هذه الجزيئات المعقدة والهشة، فهذا يعني أنه يمكننا اكتشاف الحياة القديمة على المريخ."

توقعات المستقبل

يضيف هذا الاكتشاف أيضًا وقودًا على النار لإعادة عينات من المريخ حتى يتمكن العلماء من دراستها على الأرض بأدوات أكثر تطورًا، وربما، مرة واحدة وإلى الأبد، تحديد ما إذا كانت الحياة قد وجدت في أي مكان خارج كوكبنا.

{{MEDIA}}

هبطت المركبة كيوريوسيتي في فوهة غيل في 6 أغسطس 2012. وبعد مرور أكثر من 12 عاماً، قطع المسبار أكثر من 21 ميلاً (34 كيلومتراً) ليصعد جبل شارب الذي يقع داخل الفوهة. تحافظ الطبقات العديدة الموجودة في هذا المعلم على ملايين السنين من التاريخ الجيولوجي على المريخ، وتظهر كيف تحول من بيئة رطبة إلى بيئة جافة.

ولعل إحدى العينات الأكثر قيمة التي جمعها المسبار كيوريوسيتي في مهمته لفهم ما إذا كان المريخ صالحاً للسكنى في أي وقت مضى قد جُمعت في مايو 2013.

وقد استخرجت المركبة عينة كمبرلاند من منطقة داخل فوهة تسمى خليج يلونايف والتي تشبه قاع بحيرة قديمة. وقد أثارت الصخور من خليج يلونايف اهتمام فريق كيوريوسيتي العلمي لدرجة أنه جعل المركبة تتحرك في الاتجاه المعاكس لجمع عينات من المنطقة قبل التوجه إلى جبل شارب.

{{MEDIA}}

منذ جمع عينة كمبرلاند، استخدم كيوريوسيتي مسبار كيوريوسيتي SAM لدراستها بطرق متنوعة، وكشف أن خليج يلونايف كان في يوم من الأيام موقع بحيرة قديمة حيث تشكلت المعادن الطينية في الماء. خلق الحجر الطيني بيئة يمكن أن تركز الجزيئات العضوية وتحفظها وتحبسها داخل الحبيبات الدقيقة للصخور الرسوبية.

ساعدت فريسينيه في قيادة فريق بحثي في عام 2015 تمكن من تحديد الجزيئات العضوية داخل عينة كمبرلاند.

واكتشفت الأداة وفرة من الكبريت، الذي يمكن استخدامه لحفظ الجزيئات العضوية؛ والنترات، وهي ضرورية لصحة النبات والحيوان على الأرض؛ والميثان الذي يتكون من نوع من الكربون المرتبط بالعمليات البيولوجية على الأرض.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة دانيال غلافين، كبير العلماء في مجال إعادة العينات في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في غرينبيلت بولاية ماريلاند، في بيان: "هناك أدلة على وجود الماء السائل في فوهة غيل لملايين السنين وربما لفترة أطول بكثير، مما يعني أنه كان هناك وقت كافٍ لحدوث كيمياء تشكيل الحياة في بيئات بحيرة الفوهة هذه على المريخ."

{{MEDIA}}

احتفظت كيوريوسيتي بقطع نقية من عينة كمبرلاند في "حقيبة هزلية" حتى يتمكن الفريق من إعادة المركبة إلى العينة لاحقاً، حتى ولو كانت على بعد أميال من الموقع الذي جُمعت فيه. قام الفريق بتطوير واختبار طرق مبتكرة في مختبره على الأرض قبل إرسال رسائل إلى المركبة لتجربة التجارب على العينة.

نتائج الدراسة الجديدة

وفي مسعى لمعرفة ما إذا كانت الأحماض الأمينية، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات، موجودة في العينة، أصدر الفريق تعليمات للمركبة بتسخين العينة مرتين داخل فرن سام. وعندما قاسوا كتلة الجزيئات المنطلقة أثناء التسخين، لم يجدوا أي أحماض أمينية، لكنهم وجدوا شيئاً غير متوقع تماماً.

تفاجأ الفريق باكتشاف كميات صغيرة من الديكان والدايكانو والدوديكان، لذا كان على الفريق إجراء تجربة عكسية على الأرض لتحديد ما إذا كانت هذه المركبات العضوية هي بقايا الأحماض الدهنية حمض الديكانو وحمض التريديكانو على التوالي.

قام العلماء بخلط حمض الدوديكانويك غير الديكانويك في طين مشابه لما هو موجود على المريخ وسخنوه بطريقة تحاكي الظروف داخل فرن SAM. أطلق حمض الديكانويك غير الديكانويك الديكان، تمامًا مثل ما اكتشفه كيوريوسيتي.

كانت كل بقايا الأحماض الدهنية التي اكتشفها كيوريوسيتي مصنوعة من سلسلة طويلة من 11 إلى 13 ذرة كربون. كانت الجزيئات السابقة المكتشفة على المريخ أصغر، ما يعني أن وزنها الذري أقل من الجزيئات التي تم العثور عليها في الدراسة الجديدة، وأبسط.

"قالت الدكتورة إيمي ويليامز، الأستاذة المشاركة في الدراسة والأستاذة المشاركة في الجيولوجيا في جامعة فلوريدا والمدير المساعد لمعهد أستريوس الفضائي، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "من الملاحظ أن العمليات غير البيولوجية عادةً ما تصنع أحماض دهنية أقصر، تحتوي على أقل من 12 ذرة كربون. "الجزيئات الأكبر حجماً والأكثر تعقيداً هي على الأرجح ما هو مطلوب لأصل الحياة، إذا ما حدثت على المريخ."

في حين أن عينة كمبرلاند قد تحتوي على سلاسل أطول من الأحماض الدهنية، إلا أن SAM غير مصمم لاكتشافها. لكن قدرة SAM على اكتشاف هذه الجزيئات الأكبر حجماً تشير إلى أنه يمكن أن يكتشف تواقيع كيميائية مماثلة للحياة السابقة على المريخ إذا كانت موجودة، كما قالت ويليامز.

وقال فريسينيه: "كيوريوسيتي ليست مهمة للكشف عن الحياة". "كيوريوسيتي هي مهمة للكشف عن قابلية الحياة على المريخ لمعرفة ما إذا كانت جميع الظروف مناسبة ... لتطور الحياة. وبالحصول على هذه النتائج، فهي حقًا في حدود قدرات كيوريوسيتي، وربما أفضل مما كنا نتوقعه من هذه المهمة."

وقال جلافين إنه قبل إرسال البعثات إلى المريخ، لم يكن العلماء يعتقدون أنه سيتم العثور على جزيئات عضوية على الكوكب الأحمر بسبب شدة الإشعاع الذي تعرض له المريخ منذ فترة طويلة.

لن تعود المركبة كيوريوسيتي إلى خليج يلونايف خلال مهمتها، ولكن لا تزال هناك قطع بدائية من عينة كمبرلاند على متنها. بعد ذلك، يريد الفريق تصميم تجربة جديدة لمعرفة ما يمكن أن يكتشفه. وقال فرايسينيه إنه إذا تمكن الفريق من تحديد جزيئات طويلة السلسلة مماثلة، فإن ذلك سيمثل خطوة أخرى إلى الأمام قد تساعد الباحثين في تحديد أصولها.

وقالت: "هذه أثمن عينة لدينا على متن المركبة... تنتظرنا لإجراء التجربة المثالية عليها". "إنها تحمل أسرارًا، ونحن بحاجة إلى فك رموزها."

وصفت بريوني هورغان، الباحثة المشاركة في مهمة المركبة بيرسيفيرنس وأستاذة علوم الكواكب في جامعة بوردو في ويست لافاييت بولاية إنديانا، الاكتشاف بأنه "فوز كبير للفريق بأكمله." لم يشارك هورغان في الدراسة.

{{MEDIA}}

قال هورغان: "يؤكد هذا الاكتشاف حقًا آمالنا في أن الرواسب التي ترسبت في البيئات المائية القديمة على المريخ يمكن أن تحتفظ بكنز دفين من الجزيئات العضوية التي يمكن أن تخبرنا عن كل شيء بدءًا من عمليات ما قبل الحيوية ومسارات أصل الحياة، إلى البصمات الحيوية المحتملة من الكائنات الحية القديمة".

وصف الدكتور بن ك. د. بيرس، الأستاذ المساعد في قسم بوردو لعلوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في بوردو وقائد مختبر أبحاث الأصول والبيولوجيا الفلكية، النتائج التي تم التوصل إليها بأنها "يمكن القول بأنها أكثر الاكتشافات العضوية إثارة حتى الآن على المريخ." لم يشارك بيرس في البحث.

وقال بيرس إن بعض العلماء يعتقدون أن الأحماض الدهنية مثل حمض الديكانويك شكلت أغشية أول هياكل بسيطة تشبه الخلايا على الأرض.

وقال بيرس عبر البريد الإلكتروني: "(هذا) أقرب ما وصلنا إليه لاكتشاف إشارة رئيسية مرتبطة بالجزيئات الحيوية - شيء يحتمل أن يكون مرتبطًا ببنية الأغشية، وهي سمة رئيسية للحياة". "المواد العضوية بمفردها مثيرة للاهتمام، ولكنها ليست دليلاً على الحياة. وعلى النقيض من ذلك، فإن الجزيئات الحيوية مثل الأغشية والأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والسكريات هي مكونات أساسية في علم الأحياء كما نعرفها، وسيكون العثور على أي منها أمرًا رائدًا (لم نكتشفها بعد)."

تخطط وكالة الفضاء الأوروبية لإطلاق مسبارها "إكسومارس روزاليند فرانكلين" إلى الكوكب الأحمر في عام 2028، وسيحمل المستكشف الروبوتي أداة مكملة لـ SAM. سيكون للمركبة الروبوتية LS6 القدرة على الحفر حتى 6.5 قدم (2 متر) تحت سطح المريخ - وربما العثور على جزيئات عضوية أكبر حجماً وأفضل حفظاً.

وفي حين أنه لا يمكن دراسة عينات كيوريوسيتي على الأرض، إلا أن المسبار المتجول "بيرسيفيرانس" يعمل بنشاط على جمع عينات من فوهة جيزيرو، موقع بحيرة قديمة ودلتا نهرية، وكل ذلك بهدف إعادتها إلى الأرض في ثلاثينيات القرن العشرين عبر سيمفونية معقدة من البعثات التي تسمى "عودة عينات المريخ".

وقالت ويليامز إن كلتا المركبتين اكتشفتا مجموعة متنوعة من جزيئات الكربون العضوي في مناطق مختلفة على المريخ، مما يشير إلى أن الكربون العضوي شائع على الكوكب الأحمر.

قالت الدكتورة آشلي مورفي، عالمة أبحاث ما بعد الدكتوراه في معهد علوم الكواكب، إنه في حين أن مركبتي كيوريوسيتي وبيرسيفيرانس أثبتتا قدرتهما على اكتشاف المواد العضوية، إلا أن أجهزتهما لا تستطيع تحديد جميع الإجابات بشكل قاطع حول أصولها. لم تشارك مورفي، التي درست مع ويليامز سابقًا المواد العضوية التي حددتها بيرسيفيرانس، في البحث الجديد.

قال مورفي: "من أجل سبر مسألة العلامات الحيوية بشكل مناسب، تتطلب هذه العينات تحليلات عالية الدقة والحساسية في المختبرات الأرضية، وهو ما يمكن تسهيله من خلال عودة هذه العينات إلى الأرض".

وقال جلافين إنه إذا كانت الجزيئات الموجودة في عينة كمبرلاند هي نتاج ثانوي لحياة ميكروبية كانت موجودة قبل 3.7 مليار سنة، فإن مثل هذا الاكتشاف سيتوافق مع نفس الإطار الزمني الذي يعتقد العلماء أن الحياة بدأت فيه على الأرض. وقال إن اكتشاف كيوريوسيتي يبدو "قريبًا جدًا" من المساعدة في التوصل إلى هذا التحديد، ولكن من المرجح أن تأتي الإجابات من دراسة العينات على الأرض.

قال جلافين: "أنا أكثر تفاؤلاً بأننا سنتمكن أخيراً من حسم هذا النقاش حول الحياة على المريخ، والذي يبدو وكأنه مستمر منذ الأزل."