В 2030 году на Марс отправится европейский марсоход «Розалинд Франклин» с задачей, которая не даёт покоя учёным уже полвека: найти убедительные химические следы древней жизни. И хотя до запуска ещё несколько лет, ключевой прибор миссии уже прошёл необычную проверку — не на марсианском грунте, а на куске метеорита, упавшего в Австралии в 1969 году. Результаты теста оказались двоякими: с одной стороны, инструмент доказал, что способен различать молекулы, которые могли сохраниться от живых организмов миллиарды лет назад. С другой — выяснилось, что сам метеорит, возможно, загрязнён земными углеводородами прямо при падении, и это открытие заставляет пересмотреть подход к анализу внеземного органического вещества.

Почему две молекулы важнее сотен других

Марс не всегда был холодной пустыней. Миллиарды лет назад, по мнению планетологов, он мог быть тёплым, влажным и окутанным плотной атмосферой — условия, пригодные для простейшей микробной жизни. Но доказать, что жизнь там действительно существовала, оказалось невероятно трудно. Марсоходы NASA уже находили в марсианских породах органические молекулы, однако сами по себе эти соединения не подтверждают биологическое происхождение: их могут создавать и чисто химические процессы.

Именно поэтому исследователи из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (MPS), Гёттингенского университета и Университета Лазурного Берега в Ницце сосредоточились на двух углеводородах — пристане (C19H40) и фитане (C20H42). Эти молекулы происходят из живых организмов и входят в состав земной нефти. Благодаря необычайной стабильности они способны сохраняться миллиарды лет, если условия благоприятны.

«Если на Марсе когда-то существовала жизнь, то такие молекулы, как пристан и фитан, представляют собой важные молекулярные биосигнатуры, которые могли дожить до наших дней», — объясняет ведущий автор исследования Гийом Лесеньёр из MPS.

Но у пристана и фитана есть ещё одно свойство, которое делает их особенно ценными для поиска жизни. Как и многие органические соединения, они хиральны — существуют в двух зеркальных формах, называемых энантиомерами. Эти версии состоят из одних и тех же атомов, но расположенных зеркально, как левая и правая руки человека.

Хиральность как отпечаток живого

Живые организмы почти всегда производят только одну зеркальную форму хиральной молекулы. Учёные ожидают, что та же закономерность будет действовать и для любой другой жизни во Вселенной, поскольку живые системы воспроизводят сами себя. А вот молекулы, возникшие без участия биологии, должны содержать обе зеркальные формы примерно в равных количествах.

«Хиральность — ценный инструмент в поиске прошлой внеземной жизни», — говорит соавтор работы Уве Майергенрих из Университета Лазурного Берега.

Именно на этом принципе построен прибор MOMA (Mars Organic Molecule Analyzer), разработанный и собранный под руководством MPS для марсохода «Розалинд Франклин». MOMA объединяет газовый хроматограф, масс-спектрометр, небольшие печи и лазер возбуждения. Образцы породы сначала нагреваются в печах, чтобы высвободить летучие соединения. Затем газы анализируются и пропускаются через специально покрытые капиллярные трубки. Поскольку зеркальные версии одной и той же молекулы по-разному взаимодействуют с покрытием, они движутся по трубкам с разной скоростью, что позволяет прибору разделить их.

Для нового исследования учёные использовали точные копии капиллярных трубок MOMA. Впервые им удалось разделить хиральные формы пристана и фитана, несмотря на то что эти молекулы крайне инертны.

«Хиральное разделение пристана и фитана требует высокой чувствительности прибора и точности измерений — и мы показали, что MOMA способен на это», — отмечает соавтор и член команды MOMA Фатма Йесил Сахан из MPS.

Метеорит преподносит сюрприз

Вместо марсианских пород исследователи протестировали образцы знаменитого Мурчисонского метеорита, упавшего в Австралии в 1969 году. Этот метеорит давно известен богатым набором органических соединений. Часть из них присутствовала в нём с момента формирования, а часть, вероятно, попала уже после падения в результате биологического загрязнения. Изначально учёные предполагали, что пристан и фитан относятся именно ко второй категории.

Результаты, однако, рассказали другую историю.

В метеорите оказалось равное количество обеих зеркальных форм пристана и фитана. Такая картина не соответствует биологическому материалу, который мог загрязнить метеорит на месте падения. Вместо этого исследователи пришли к выводу, что загрязнение, скорее всего, произошло при прохождении метеорита через земную атмосферу, где он столкнулся с аэрозолями от сжигания ископаемого топлива.

Подтверждением послужило сравнение с пристаном и фитаном из горючих сланцев. Эти осадочные породы содержат предшественников нефти, которые миллионы лет провели глубоко под землёй.

«Нефть образуется в этих породах за миллионы лет на больших глубинах под воздействием тепла и давления», — поясняет соавтор Мануэль Райнхардт из Гёттингенского университета.

Со временем такие условия стирают естественный дисбаланс между зеркальными формами молекул, оставляя их в равных пропорциях. Это точно совпадает с тем, что команда наблюдала в Мурчисонском метеорите.

Урок для будущих миссий

Исследователи подчёркивают: работа не только подтверждает возможности MOMA перед отправкой на Марс. Она также поднимает новые вопросы о том, как органические молекулы в метеоритах приобретают загрязнения и что растущий уровень нефтяного загрязнения в атмосфере Земли может означать для будущих исследований.

Этот нюанс особенно важен в свете предыдущих миссий. Полвека назад эксперименты «Викингов» дали противоречивые результаты, которые до сих пор разделяют учёных: одни видят в них намёк на жизнь, другие — неизвестную химию. А недавние исследования показали, что марсианский грунт сам мог уничтожить следы органики при нагреве — как раз тот процесс, который используют приборы вроде MOMA. Поэтому точная калибровка и понимание всех источников загрязнения становятся критически важными.

Кстати, мы уже рассказывали похожем случае о том, как Мурчисонский метеорит однажды спутал карты охотникам за жизнью на Марсе — и вот теперь он снова оказывается в центре внимания, но уже как тестовый полигон для нового поколения инструментов.

MOMA — часть миссии ExoMars Европейского космического агентства. Прибор разработан и построен в рамках программы, финансируемой ESA. Если всё пойдёт по плану, в 2030 году «Розалинд Франклин» начнёт бурение марсианского грунта и поиск тех самых зеркальных молекул, которые могут оказаться последним доказательством того, что жизнь за пределами Земли — не выдумка, а реальность, ждущая своего подтверждения.

Исследование опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.