Мистерии метеорита АН 84001 и жизнь на Марсе

В научных музеях и частных коллекциях хранятся тысячи различных метеоритов: больших и малых, упавших на Землю миллионы лет назад и прилетевшие недавно, состоящие из самых разных пород и консистенций. Но есть среди них один по-настоящему уникальный — Allan Hills 84001, найденный на антарктическом континенте в 1984 году. Уникальность этого метеорита состоит в том, что он прилетел с Марса и в нем обнаружены органические окаменелости, напоминающие окаменелости бактерий. Долгое время марсианское происхождение самого метеорита и его окаменелостей ставились под сомнение рядом астрономов и астробиологов, но c выходом в свет статьи «Органический синтез, связанный серпентинизацией и и карбонизацией на ранней стадии Марса», опубликованной в январе 2022 года в 375 томе журнала «Science» группой исследователей из США и Германии, многие спорные вопросы по АН 84001, по-видимому, сняты. Используя данные наномасштабной минералогии метеорита и результаты минералогических и органических изысканий на марсоходах «Кьюриосити» и «Персеверанс», ученые показали, что органика метеорита образовалась в результате абиотического органического синтеза на Марсе приблизительно 4 миллиарда лет назад, когда на красной планете в изобилии была вода и активно шли гидрогеологические процессы. Чтобы читатель мог лучше оценить важность данного вывода,  представим более полную информацию о метеорите АН 84001 и результатах статьи «Органический синтез, связанный с серпентинизацией и карбонизацией на ранней стадии Марса».

Начнем с метеорита. Как отмечалось выше, метеорит АН 84001 был обнаружен в 1984 году в Антарктиде. Масса метеорита составляет 1, 93 кг и он имеет форму большого камня неправильной формы (рис.1).

Согласно заключению специалистов НАСА 4 млрд. лет назад произошло столкновение Марса с крупным космическим телом. В результате столкновения в ударной зоне образовался фрагмент марсианской породы, подверженный взрывному воздействию. Этот фрагмент оставался на поверхности планеты пока мощный взрыв очередного крупного астероида около 15 млн. лет назад не выбросил его в космическое пространство с большой скоростью. В результате этого фрагмент стал самостоятельным космическим телом и продолжил движение под действием сил гравитации Солнца, Земли и Марса. В конце палеолита 13 тысяч лет назад он попал в поле притяжения Земли и упал на неё. Столь необычная история метеорита АН 84001 была установлена в результате применения тонких методов датирования, в том числе с использованием радиоуглеродного анализа, калий-аргонной, рубидий-стронцеевой и самарий-неодимовой радиометрии. Широкий набор научных инструментов датировки понадобился для того, чтобы точно выделить моменты времени, когда с веществом метеорита происходили заметные изменения.

Настоящим сюрпризом для ученых, изучающих с помощью растрового микроскопа структуру метеорита, стало выявление микроскопических образований, содержащих сложные органические молекулы, напоминающих по форме окаменелости земных организмов – бактерий. Размеры этих образований составляют 20 – 100 нанометров, что может отвечать размерам гипотетических нанобактерий, но в несколько раз меньше любой известной науке живой клетки. Тем не менее, обнаружение окаменелостей дало основание ученым сделать вывод о том, что микроскопические окаменелости метеорита могут свидетельствовать о наличии на Марсе жизни в прошлом или настоящем.

Выводы ученых о марсианском происхождении метеорита и его органики не могли рассматриваться как бесспорные истины в силу ограниченной доказательной базы. Это нашло отражение в критических научных публикациях, в которых ставились под сомнения выводы сторонников марсианской природы метеорита АН 84001 и его микроскопических окаменелостей. Понадобилось время, чтобы у ученых, занимающихся загадкой метеорита, появились новые экспериментальные данные, подтверждающие гипотезу марсианского происхождения метеорита и его органических окаменелостей. Важный шаг в этом направлении был сделан геолого-минералогическими изысканиями, проводимые на марсоходах «Кьюриосити» и «Персеверанс». Оба марсохода оснащены уникальными измерительными комплексами, позволяющими:

• проводить высокоточный анализ элементного состава марсианских почв и грунтов;
• обнаруживать следы биологических процессов на основе регистрации таких элементов, как углерод, азот, водород, фосфор и сера, составляющих атомарную основу земной жизни;
• определять текущее состояние с содержанием воды и углекислого газа в атмосфере и на поверхности планеты;
• изучать геологические процессы формирования марсианских пород.

Уникальное аналитическое оборудование марсоходов «Кьюриосити» и «Персеверанса» позволило ученым сделать несколько важных научных открытий. Наиболее значительным из них является обнаружение сложных органических соединений в поверхностных породах Марса. Не менее значительным является открытие того, что на ранней стадии существования планеты ее породы контактировали и взаимодействовали с водой, причем воды была много. Она наполняла настоящие марсианские реки и моря. Со временем вода испарилась в космос, но в грунте она сохранилась до настоящего времени в значительном количестве.

Важным вкладом в науку о Марсе стали данные  измерений элементного состава пород и почвы поверхности планеты и ее атмосферы, которые позволили уточнить картину геологических и геохимических процессов, происходивших на Марсе в разные периоды ее истории. И что важно для темы нашего рассказа, данные марсоходов «Кьюриосити» и «Персеверанса» подтвердили марсианское происхождение метеорита АН 84001 и уточнили базовые положения астробиологии – науки о возникновении и существовании жизни на других планетах. Сделать это смог авторский коллектив ученых, опубликовавший результаты своих исследований в статье «Органический синтез, связанный с серпентинизацией и карбонизацией на ранней стадии Марса».

Сопоставив данные марсоходов по изучению элементного состава почвы и грунта поверхности Марса и его органических соединений с результатами наномасштабного минералогического анализа метеорита АН 84001, авторы статьи пришли к выводу, что  метеорит и его органика имеют марсианское происхождение. Они также выяснили, что органический синтез на Марсе был обусловлен реакциями серпентинизации и карбонизации, которые происходили в базальтовых породах с участием гидротермальных источников.  Под серпентинизацией понимается процесс изменения (гидратации) горных пород под воздействием термальных водных растворов, при котором происходит замещение безводных магнезиальных силикатов минералами группы серпентина. Под карбонизацией, в свою очередь, понимается процесс преобразования органических веществ при обогащении его углеродом. Подобный процесс может происходить при взаимодействии пород со слабокислой водой, содержащий растворенный углекислый газ. Два названных процесса, по заключения авторов статьи, происходили 3,9 – 4,1 млрд. лет назад на Марсе и привели к абиотическому производству органических молекул, обнаруженных в метеорите АН 84001 и почвах планеты. Это означает, что органика, обнаруженная в метеорите и почвах Марса, не имеет отношения к биологической жизни, а является результатом марсианской геохимии.

Выводы авторов статьи «Органический синтез, связанный с серпентинизацией и карбонизацией на ранней стадии Марса» о небиологической природе органики не ставят крест на возможности существования жизни на Марсе в прошлом или настоящем.Окончательный ответ на этот вопрос может быть получен только в результате последующих масштабных поисков ее прошлых следов или настоящих форм. Следы жизни на Марсе в соответствии с результатами статьи следует искать там, где наиболее активно проходили процессы серпентинизации и карбонизации марсианских пород.

Материалы статьи «Органический синтез, связанный с серпентинизацией и карбонизацией на ранней стадии Марса» позволяют также по-новому взглянуть на основную проблему астробиологии — зарождения жизни на планетах, в том числе на Земле. Они указывают на важность геотермальных источников как потенциальных биохимических реакторов, в которых могла зародиться жизнь на Земле. Идея о том, что подобные источники играли важную роль в появлении жизни на Земле, высказана

достаточно давно. С выходом статьи «Органический синтез, связанный ссерпентинизацией и карбонизацией на ранней стадии Марса» аргументация в пользугеотермальной гипотезы происхождения земной жизни становится более весомой. Там, где в изобилии есть небиологическая органика с определенной вероятностью может спонтанно возникнуть углеродная жизнь. Это же справедливо и в отношении экзопланет. Жизнь надо искать на тех из них, в атмосфере которых содержатся водяные пары, так как они могут быть надежной биосигнатурой наличия большого количества воды на планете. А там где есть жидкая вода может быть и жизнь.