Allan Hills 84001

Indhold:

Sagen for liv på Mars Bruce Jakosky

Indledning
Geologiske processer
Forbindelser mellem planeterne
Vidnesbyrdene i klippestykket
Er de for små?
Simple eller komplekse?


Er sagen overbevisende? Et skeptisk synspunkt Michael Yarus


Indledning
For 4,5 milliarder år siden
For 3,5 milliarder år siden
Et første indtryk
Gammelt jordisk liv
Mulige gamle marsboere
Marsboerne som fossiler
Det afgørende vidnesbyrd er derude

Et år senere Bruce Jakosky


Indledning
Foreslåede tegn på liv i ALH84001
Karbonatdannelse: Hvor varmt?
En fortælling skrevet med atomer
PAH'er og Mars kemi
Stadig mindre verdener at udforske
Hvad vi derefter skal se efter


Mars klippen: Noget af dens kemi er fra Jorden Gene McDonald


Indledning
Når aminosyren viser sig
Sigende typer carbon


Jordiske forureninger udelukker ikke Mars liv David S. McKay, Everett K. Gibson og Kathie L. Thomas-Keprta


Indledning
PAH'er som biomarkører
Den mystiske komponent

Skønt supermarkedets sensationspresse hver dag skriger til os om fremmed liv, der besøger Jorden, findes der ikke nogen videnskabelige vidnesbyrd, der alment accepteres som bevis for eksistensen af udenjordisk liv. I den igangværende eftersøgning af liv på andre planeter forekommer Mars at være det mest sandsynlige sted at kigge, i vort solsystem.
    Hvorfor kunne Mars være et passende sted for liv? Er "Mars meteoritterne" virkelig fra Mars og hvad kan vi lære om den røde planet fra dem? Er vidnesbyrdene om fossilt liv overbevisende? I 1976 landede Viking rumskibene på Mars og afprøvede marsbunden for tegn på liv; der blev ikke fundet nogen overbevisende tegn på liv. Burde vi genoverveje Viking resultaterne i lyset af disse ny opdagelser? For at tage stilling til disse spørgsmål er det nødvendigt først at forstå Mars som planet.
    Mars synes at have alle forudsætningerne for liv - flydende vand på overfladen i mindst en del af sin historie, energikilder, som kan drive liv, adgang til livets grundstoffer (som carbon, oxygen, nitrogen og hydrogen) og et tilstrækkeligt stabilt miljø til livets opretholdelse.

Figur 1. To tilnærmelsesvis ens planeter rejser gennem det samme nabolag i rummet. Er det muligt, at de begge frembragte liv for 3,6 milliarder år siden? På det tidspunkt besad de begge de nødvendige ingredienser: organiske molekyler, flydende vand og varme nok til at drive og vedligeholde de kemiske reaktioner, vi identificerer som biologiske.

Planetens diameter er omkring det halve af Jordens, alligevel er den stor nok til at holde på sin atmosfære i tidens løb. Atmosfæren består primært af kuldioxid og er lige under 1 procent så tæt som Jordens. På grund af den tyndere atmosfære og fordi Mars er omkring 1,5 gange så langt fra Solen, er temperaturerne på Mars meget køligere end på Jorden med den daglige middeltemperatur omkring minus 55 grader Celsius, et godt stykke under den temperatur, hvor vand fryser.
    Givet det lave atmosfæriske tryk fra den tynde atmosfære ville flydende vand på overfladen hurtigt fordampe; det almene fravær af flydende vand forekommer at være et alvorligt problem for liv på marsoverfladen. Desuden ville manglen på en væsentlig mængde ozon til at beskytte overfladen mod ultraviolet stråling og de sandsynligvis rigelige mængder oxidanter, som brintoverilte, der ville reagere med enhver organisme, gøre det vanskeligt for livet at overleve.

Geologiske processer

Imidlertid har det måske ikke altid været tilfældet. Mars klimaet og miljøet kan i tidligere tider have været væsentligt anderledes end nutidens. Vi kan se på Mars' tidligere klima, fordi geologiske processer, som omdannelse af overfladen gennem vulkanudbrud eller ved erosion af vinden eller vand, ikke har ødelagt alle spor af de ældre overflader. Nogle områder på Mars dateres tilbage til for omkring 4 milliarder år siden og baseret på antallet af nedslagskratere, vi kan tælle på de forskellige geologiske enheder, er der overflader, som repræsenterer alle tidsperioder fra for 4 milliarder år siden og op til nutiden.
    Vi har således et vindue ind til Mars' geologiske historie, som lader os forstå, hvordan de forskellige geologiske processer har virket i tidens løb. Vi har ikke dette vindue på Jorden eller Venus, hvor omdannelse af overfladen sker meget hurtigere. På Jorden er det næsten umuligt at finde et klippestykke, som er 3,5 til 4 milliarder år gammelt. På Mars er det meste af den sydlige halvkugle, som er fyldt med kratere, så gammel.
    De ældste overflader på Mars viser systemer af dalnetværk, der ligner jordiske flodsystemer. De indeholder forgrenende bifloder, som i størrelse og udseende er lig jordiske floddale og disse bifloder løber ofte ud i indelukkede bassiner, hvor de kan have dannet stillestående vandmængder, eller søer. Det er ikke klart om overfladeafløb af vand eller vandrige strømme af klippestykker var den primære mekanisme, som eroderede disse dale; de kunne endda være blevet eroderet af vand, der strømmede under et dække af is. Uanset hvad, så måtte flydende vand være mere udbredt på overfladen under Mars' tidligere epoker.
    Desuden er nedslagskraterne på de gamle marsoverflader blevet væsentligt eroderet i forhold til deres oprindelige udseende. Deres udstødstæpper er blevet ødelagt, kraterkanter og centrale tinder er blevet fjernet og kraternes indre er blevet fyldt med klippestykker. Nogle få kratere er kun blevet delvist ødelagt og viser tegn på at være blevet eroderet af afløb af flydende vand. Kvantitativt var erosionshastigheden før omkring 3,5 milliarder år siden omkring tusinde gange større end i løbet af de efterfølgende 3,5 milliarder år. Igen er den enkleste forklaring, at vandet da var mere udbredt og mere stabilt på overfladen, end det er i dag.
    Da miljøet på den tidlige Mars tillod flydende vand at findes på overfladen, er det plausibelt at tale om en livets oprindelse da. Det ser ud til, at livet dannede sig på Jorden i den samme periode, muligvis i lignende miljøer med lavt vand. Oprindelsen af liv på Jorden må være sket meget hurtigt, givet den korte tidsperiode mellem slutningen af det voldsomme bombardementet af planetesimaler(o.a.) (for omkring 4,0 milliarder år siden, se senere) og den første registrering af liv i jordiske klipper (ikke senere end for 3,5 milliarder år siden og muligvis så længe siden som 3,85 milliarder år). Hvis livet på Jorden opstod så hurtigt under de rette betingelser, så kunne livet være opstået uafhængigt på Mars i samme tidsrum.
    De yngre overflader på Mars viser to typer geologiske træk, som også kan være relevante for muligt marsliv. For det første er meget af Mars' nordlige halvkugle dækket med lavastrømme og flodbasalt og der er et antal store adskilte vulkaner (som Olympus Mons, den største). Disse træk bekræfter tilstedeværelsen af varmekilder og at de har fundet sted gennem hele Mars' historie; Mars var vulkansk aktiv inden for de sidste 200 millioner år, baseret på alderen af nogle af marsmeteoritterne og den kan endda være vulkansk aktiv i dag. For det andet er der sket store katastrofiske oversvømmelser sporadisk gennem marshistorien. Oversvømmelsernes kanaler udspringer fra undergrunden, hvilket antyder, at Mars' skorpe havde en stor vandforsyning.
    Tilstedeværelsen af både vand i skorpen og geotermiske varmekilder betyder, at der må have været hydrotermiske systemer under overfladen, som tillod opvarmet vand at cirkulere gennem skorpen. Tilstedeværelse af vulkanisme op gennem de nyeste tidsperioder medfører også, at disse systemer har været i funktion indtil og måske inkluderende, nutiden. Varme kilder er et andet muligt sted for livets oprindelse på Jorden - deres kemiske miljø kan drive produktionen af organiske molekyler, som er livets forstadier og varmen kan tilføre en energikilde. Hydrotermiske systemer på Mars sørger således for et miljø, i hvilket livet kunne opstå på næsten ethvert tidspunkt eller i hvilket livet kunne eksistere til nutiden. Det er klart at marsoverfladen og undergrunden ville have sørget for et glimrende miljø for liv på forskellige tider i Mars historie.

Forbindelser mellem planeterne

Selv hvis livet ikke opstod på Mars, kunne der alligevel være liv på planeten. Klipperne i en planets skorpe kan kastes ud i rummet af en asteroides nedslag. Disse klipper ville blive kastet ind i kredsløb omkring Solen. Klipper, der er kastet ud fra Mars, kan finde vej til Jorden og klipper fra Jorden kan finde vej til Mars. Hvis nogle af disse rejsende jordklipper indeholdt bakterier - og det gør nogle klipper dybt inde i skorpen faktisk - så kunne bakterier være blevet transporteret til Mars. Hvis klipperne faldt på en marsoase, som en varm kilde, hvor vand frigøres til overfladen, kunne bakterierne have overlevet og mangfoldiggjort sig og der kan være jordiske organismer, der lever på Mars!
    Hvilke er vidnesbyrdene om, at Mars faktisk havde levende organismer? Nylige diskussioner drejer sig om meteoritten ALH84001, som i 1984 blev indsamlet fra ispladen Allan Hills i Antarktis. Den er en af 12 meteoritter i vore videnskabelige samlinger, som menes at være fra Mars.
    Ud af de 12 er denne særlige meteorit den, som mest sandsynligt ville indeholde vidnesbyrd om marsliv. Den er den ældste, dannet for omkring 4,5 milliarder år siden da planeten selv blev dannet. Den har rifter med rigelige årer af kulstofholdige mineraler som kalcit (kalcium karbonat, CaCO₃), der normalt dannes, når varmt vand passerer gennem klippe. Omkring 10 procent af meteoritten er karbonat mineral og de mulige fossile vidnesbyrd findes inde i disse karbonater. Saltenes alder er ikke godt bestemt, skønt der er tegn på, at de blev afsat i de midterste epoker i Mars' historie, muligvis så nyligt som for 1,8 milliarder år siden.
    Forskergruppen, der ledes af David McKay fra NASA og arbejder fra NASA's Johnson Space Center i Houston og Stanford University, identificerede adskillige linier af vidnesbyrd, der antydede, at der var liv til stede på det tidspunkt, da saltene dannedes. Skønt ingen enkelt linie er overbevisende i sig selv, kan kombinationen af dem alle indikere liv.

Vidnesbyrdene i klippestykket

Figur 2. I dette tynde snit af ALH84001 ses de nu berømte karbonat kugler som brune klatter kantet af hvide og sorte lag. Disse lag er lavet af jernsulfid mineraler af forskellig sammensætning og en forklaring er, at de blev afsat af marsbakterier.

Karbonat mineralerne fylder revner og sprækker inde i klippens fordybninger, med adskilte "kugler" af karbonat op til adskillige hundrede micron (omkring 0,01 tomme) i tværsnit. Disse kugler er lagdelte, med jernrige og kalciumrige mineralkorn i lag omkring ydersiden. Det yderste lag indeholder jernsulfid-rige mineraler og magnetit (jernoxid, Fe₃O₄) korn.(Se Figur 2).
    Skønt disse mineraler kan dannes ved ikke-biologiske mekanismer, argumenterer NASA forskerne for, at magnetit, jernsulfid mineraler og karbonater alle dannes under forskellige kemiske betingelser og at det er usandsynligt, at de alle ville være til stede på samme sted. Jordiske bakterier kan fremstille disse typer mineral korn, alle på samme sted og i et enkelt miljø. Forskerne foreslår, at disse mineraler kan være blevet dannet i ALH84001 af marsbakterier. Mineralkornenes størrelse (omkring 25 nanometer, eller en milliontedel tomme) og deres form ligner meget dem, der produceres af bakterier. En lignende lagdeling kan imidlertid forkomme, når de aflejres i meget varmt vand (temperatur omkring 680 grader Celsius), som gennemgår en temperaturændring.
    Det andet vidnesbyrd er tilstedeværelsen, inde i meteoritten, af en type organisk molekyle, kendt som polycyklisk aromatisk hydrocarbon, eller PAH. PAH'er er en meget almindelig klasse organisk molekyle, som næsten fuldstændigt består af carbonringe, der er forbundet. Hver ring består af seks carbonatomer, der er bundet sammen i hexagon form og de mange ringe passer sammen noget lig fliser på en patio. De kan dannes på Jorden enten ved nedbrydning af større organiske molekyler i forbindelse med henfald af bakterier eller andet liv, eller ved ufuldstændig forbrænding af organiske brændstoffer. I hver proces tvinges hydrogen og oxygen væk og efterlader carbon, som så kan danne disse komplekse molekyler.
    PAH'er kan også dannes i rummet mellem stjernerne og blive indlemmet i meteoritter. De er faktisk almindelige i de fleste primitive meteoritter - dvs. dem, der er blevet ændret mindst siden deres dannelse for 4,5 milliarder år siden. Processerne, ved hvilke PAH'er dannes i meteoritter, er imidlertid unikke; det er ikke muligt for PAH'er at dannes i marsmeteoritterne, mens de rejser i rummet mellem udkastningen fra marsoverfladen og deres landing på Jorden. Det er også usandsynligt, at PAH'erne i ALH84001 kunne have deres oprindelse i interstellart rum, være blevet indlemmet i meteoritter, landet på Mars tidligt i dens historie og så blevet optaget i ALH84001 og kastet ud i rummet. Marsmiljøet og dets aktive geologiske historie ville med næsten sikkerhed have ødelagt PAH'er, med mindre de meget hurtigt kunne være blevet isoleret fra overfladens miljø.
    PAH'erne i ALH84001 findes inde i karbonaterne. Kunne de være forureninger, indført på Jorden under behandlingen af meteoritten? Denne mulighed forekommer at være usandsynlig. Der er en langt større overflod af PAH'er end det typiske på Jorden eller i Antarktis. Desuden viser målinger af overfloden af PAH'er på forskellige steder inde i meteoritten, at der er mindre overflod på ydersiden end inde, hvilket indikerer, at diffusion fra ydersiden til det indre er usandsynlig. Undersøgelser af andre antarktiske meteoritter med samme historie på Jorden som ALH84001 viser heller ingen målelige PAH'er. Endelig blev meteoritterne behandlet meget omhyggeligt under indsamlingen og i laboratoriet for at begrænse forureningen til et minimum.
    Kræver tilstedeværelsen af PAH'er, at liv skal have eksisteret på Mars? Skønt PAH'erne næsten med sikkerhed har deres oprindelse på Mars, kræver de ikke liv. Hvis de imidlertid ikke dannedes fra bakteriers henfald, måtte de være dannet af andre organiske molekyler i marsmiljøet. I begge tilfælde er dette et interessant resultat, som giver den første definitive måling, der viser, at der findes organiske molekyler på Mars. Fordi organiske molekyler kræves til livets eksistens, hæver deres tilstedeværelse automatisk diskussionens niveau vedrørende mulige Mars livstræer.

Figur 3. Langs en frisk brudflade på ALH84001, optaget af et scanning elektron mikroskop med høj opløsning, kan man se bittesmå pølseformede tingester, som delvist er indesluttet i en karbonatkugle. Dette indikerer, at disse former var tilstede, da kuglen dannedes i et miljø med flydende vand. De kunne være små lerstave - eller resterne af marsbakterier.

Det sidste, vigtige vidnesbyrd i meteoritten er måske det mest interessante: strukturer, hvis udseende er meget lig fossiler af jordiske bakterier. Disse pølseformede strukturer er delvist indesluttet i karbonatet og må derfor være afsat samtidigt med karbonaterne. De ses i friske blotlægninger af karbonatet, hvor klippen er brækket i stykker. Den måske mest sigende anekdote vedrørende disse strukturer blev genfortalt af Everett Gibson fra Johnson Space Center. Han tog et fotografi af en af disse strukturer med hjem og hans hustru, som er mikrobiolog, så den og spurgte ham, hvilken slags bakterie det var. De ligner virkelig bakterier!(Figur 3).
    Skønt strukturerne i meteoritten forekommer at være meget lig jordiske bakterier, er der en meget stor forskel - de er omkring 100 nanometer (omkring fire milliontedel af en tomme) i tværsnit, nogle 10 til 100 gange mindre end jordiske bakterier. Dette er omkring samme størrelse som jordiske ribosomer eller vira. (Ribosomer er dele af jordiske celler, som bidrager til cellereproduktion). Hverken ribosomer eller vira er i stand til at reproducere af sig selv og fungerer uafhængigt, så ingen af dem betragtes som en levende organisme.

Er de for små?

Er disse Mars strukturer så små, at de ikke kunne være levende entiteter? Svaret er ikke klart. Til trods for deres lille størrelse er de alligevel store nok til at kunne indeholde det, der svarer til 1.000 basepar fra en DNA kæde. De er større end det, som man mener er en minimum størrelse for liv. Selv om de ældste og mindste Jord bakterier er større end marsstrukturerne, repræsenterer de ikke det tidligste jordiske liv. Det første liv har snarere været meget simplere og meget mindre, muligvis svarende i størrelse til disse Mars fossiler.(I 1998 fandt man i Australien tegn på jordisk liv, der var mindre end de hidtil kendte, o.a.).
    En vigtig grænsebetingelse for, om liv kunne have eksisteret i marskarbonaterne, er, hvad temperaturen var, da de blev aflejret. Hvis karbonaterne blev aflejret ved en temperatur højere end omkring 150 grader Celsius, så ville livet sandsynligvis ikke have kunnet eksistere.
    Uheldigvis er vidnesbyrdene om temperatur tvetydige. Analyse af de specifikke mineraler, der er til stede i karbonaterne, førte Ralph Harvey (fra Case Western Reserve University) og Harry McSween (fra University of Tennessee) til at foreslå en dannelse ved meget høje temperaturer, måske over 650 grader Celsius. På den anden side foreslog NASA forskerne en dannelsestemperatur mellem omkring nul og 80 grader Celsius baseret på forholdet mellem oxygen isotoperne i mineralerne; dette forhold vil variere i karbonaterne afhængigt af deres dannelsestemperatur og brugen af forholdet til at udlede en dannelsestemperatur er en standardteknik i jordisk geokemi. Dette lavere estimat kan imidlertid være forkert, fordi det mulige tab af oxygen til rummet også vil influere på oxygen isotoperne; inkludering af denne virkning hævede temperaturområdet til 40 til 250 grader Celsius. Dette temperaturområde vil stadig tillade livets eksistens men kun ved de lavere temperaturer. Disse forskellige vurderinger af temperaturen er ikke blevet løst.
    Senere har Ian Wright og gruppen ved The Open University i England undersøgt to af marsmeteoritterne, ALH84001 og EETA79001 (en anden af de antarktiske meteoritter). De bekræftede tilstedeværelsen af organiske stoffer i den første og identificerede dem også i den anden meteorit; EETA79001 er en meget yngre meteorit, mindre end 200 millioner år gammel, hvilket betyder, at der må have eksisteret organiske molekyler på Mars helt indtil fornylig. Gruppen så også på forholdet mellem carbon isotoper, carbon 13 og carbon 12. Biokemiske reaktioner vil alment foretrække den lettere isotop, således at levende stof sædvanligvis har mindre carbon 13 end dets omgivelser; dette kendetegn er karakteristisk for liv på Jorden og er faktisk blevet brugt til at foreslå, at liv på Jorden har eksisteret for så længe siden som 3,85 milliarder år. Wrights gruppe fandt også en væsentlig reduktion af den tungere isotop i nogle af karbonatkornene, hvilket muligvis antyder, at biologisk aktivitet har fundet sted!

Simple eller komplekse?

Er der en overbevisende sag for fortidigt liv på Mars med alle disse vidnesbyrd? Hver observation kan forklares enten af biologiske processer eller af ikke-biologiske processer. Det videnskabelige hold, der arbejder med meteoritterne, foreslår, at det er enklere at påberåbe sig en enkelt proces - biologi - til at forklare alle observationerne, end at påberåbe sig adskillige urelaterede geokemiske processer til forklaring af hver observation; de foreslår, at marsbiologi er den enkleste helhedsforklaring. Dette er et magtfuldt argument.
    På den anden side argumenterer andre, at påberåbelse af en biologisk forklaring er forbundet med valget af den mest komplicerede forklaring og at alle ikke-biologiske mekanismer skal udelukkes, før man tager en biologisk mekanisme i betragtning. Ifølge dette argument bør den biologiske løsning ikke foretrækkes frem for geokemi, selv om den forekommer at være den bedste løsning.
    Hvilket argument er bedst? Skønt de nye resultater er spændende og stimulerende, tror meget få folk, at sagen for liv på Mars indtil videre er overbevisende. Flere analyser af den eksisterende meteorit, af andre marsmeteoritter og af andre lokaliteter på Mars, er nødvendige.
    Hvor er det rette sted at lede? For at lede efter marsliv, følg vandet. Forhistoriske søbunde, bifloder eller vulkanske varme kilder kunne være steder, hvor liv kunne have eksisteret i fortiden. For senere liv, selv op til nutiden, kunne mulige steder være varme kilder i forbindelse med nylig vulkansk aktivitet eller flydende vand under overfladen.
    Uheldigvis er det ikke klart, hvad man skal kigge efter på disse steder. Liv kunne drives af så mange forskellige kemiske mekanismer, at specifikke kemiske reaktioner ikke kan udpeges til undersøgelse uden at kende miljøets geokemi. Vi har behov for at tage til Mars med et åbent sind for at lede efter kemi, som kan indikere liv og at vælge de mest plausible steder, hvor flydende vand og liv kunne have eksisteret.

For 4,5 milliarder år siden

Ifølge veletablerede metoder til isotopdatering dannedes Jorden for 4,5 milliarder år siden af sammensmeltningen af interstellare rester, der vandrede omkring i solsystemets område. Varmen fra denne forening af planetare fragmenter udsmeltede en jernkerne, som lagde sig i centrum af Jorden under dens dannelse. Lettere materiale, som skulle blive til Jordens skorpe, flød rundt på overfladen. For 4,2 milliarder år siden var denne overflade begyndt at samle sig til en skorpe. Dette indvarsler den såkaldte Hades-periode i Jordens historie - "Hades" fordi forholdene var helvedes ved enhver definition af den tid af Jordens historie. Gennem den periode var ikke blot Jordens skal mest smeltet, men planeten under dannelse blev ramt af store nedslag, planetesimaler, hvis energi var nok til at gensmelte overfladen, når den begyndte at samle sig og koge oceaner bort, hvis de havde dannet sig. De oprindelige oceaner kogte sikkert bort adskillige gange og fordampede derved sandsynlige bostæder for det tidlige liv, før det omsider kunne slå sig ned permanent.
    Det er tydeligt, at for omkring 3,8 milliarder år siden var forholdene blevet mere passende for liv; på det tidspunkt finder vi den første sedimentære klippe. For at få sedimentær klippe skal man have stabile vandmængder og en skorpe. Efter denne periode svandt de kataklysmiske nedslag bort og Jordens skorpe bredte sig og udviklede sig mod sin moderne størrelse og form.

For 3,5 milliarder år siden

For 3,5 milliarder år siden, kun relativt kort tid efter at skorpen blev mulig, finder vi gode vidnesbyrd om liv - ikke kun liv, men komplekse mikroorganismer, der ligner nogle, som findes i Jordens biota i dag. Således dukkede livet op overraskende hurtigt på Jorden. Der gik en enorm periode på 2,9 milliarder år, hvor de eneste levende beboere på Jorden var sådanne encellede mikroorganismer.

Et første indtryk

Således er den første konklusion, jeg ønsker at drage om liv på Mars, i fremtrædende grad positiv. Planeterne i det indre solsystem dannedes på samme tid, af de samme materialer og ved ens processer. Mens Jorden og Mars senere udskilte sig dramatisk fra hinanden, ser de for 3,5 milliarder år siden ud til at have været meget mere ens end i dag. På trods af de helvedesagtige aspekter af den tidlige planethistorie og tilsyneladende imod al sandsynlighed, kender vi et parallelt eksperiment i hvilket, en marslignende planet udviklede relativt komplekse mikroorganismer kort efter størkningen, på et tidspunkt og i en situation som ligner den, der foreslås for marsmeteoritten ALH84001. Dette parallelle eksperiment fandt sted på Jorden.
    Jeg finder dette sidestykke temmeligt overbevisende. Vidnesbyrd om mængder af vand på marsoverfladen citeres ofte til fordel for liv på Mars. Imidlertid forekommer gammel vanderosion på marsoverfladen mig at være en del af, men mindre overbevisende end, den tidlige parallelitet med begivenheder på Jorden.

Gammelt jordisk liv

For at komme videre har vi brug for detaljerne i vidnesbyrdene om forhistoriske mikroorganismer på Jorden. Især har vi brug for de vidnesbyrd, der er indsamlet af J. William Schopf fra University of California i Los Angeles, som er specialist i forhistoriske mikrofossiler.
    Schopfs ældste mikrofossiler kan ses ved at kigge gennem tynde sektioner af klippe fra det nordvestlige Australien. I dette område er der klippebånd, der indeholder klumper af millimeterstørrelse. I lysmikroskopet kan man, i tynde skiver af klumperne, se cellelignende genstande, som ikke findes i den omgivende klippe. Når man betragter dem på nært hold, ligner de kæder af celler, som hver er et rum lukket af en tilsyneladende cellevæg. Kæderne ligner meget kæder af moderne cyanobakterier. De har den rette størrelse, cellernes perioder er rigtig og kæderne slutter med en celle af unik form - som alle moderne blå-grønne bakterier. Man ser endda celler, som ser ud til at være ved at dele sig.
    Vi tror, at disse billeder er mikrofossiler dannet efter, at cyanobakterielle forfædre blev fanget og indesluttet i et gammelt sediment. Til senere sammenligningers formål er det værd at huske, at selve fossilerne er klippe. De er resultatet af erstatningen af stumper og stykker af disse cyanobakterier, hvis det var det, de var, af kontrastmineraler. I dag kan man gå hen og udvælge en klump, skære den i tynde skiver og se, ikke organismen, men en slags afstøbning af organismen lavet af klippe, som har varet i milliarder af år.
    Det første bemærkelsesværdige er, at disse genstande har størrelse og udseende som skabninger, vi genkender. Der er en kontinuitet, måske en evolutionær kontinuitet, mellem de mest forhistoriske fossiler og moderne skabninger. Det skal indrømmes, at der er en potentiel logisk cirkularitet i denne konklusion; var de for nye, ville vi måske ikke genkende dem.
    For det andet kender vi alderen på disse billeder meget godt. Fordi den omgivende klippe kan dateres, igen ved brug af isotop dateringsmetoder, kan de små fossiler dateres, hvis de har klippens alder. Det forekommer meget sandsynligt, fordi dele af den omsluttende klippe går lige gennem fossilerne og forbinder dem til et klippemateriale, som kan dateres.
    Klippelag i dette område af Nordvest Australien er blevet udførligt kortlagt af geologer. De fossilrige klumper ligger i Apex-laget. Apex underligges af det såkaldte Duffer (3,465 milliarder år gammelt) og overligges af Panorama Formationen (3,458 milliarder år gammel). Således dateres sandwich laget Apex til for 3,46 milliarder år siden og klumperne og deres mikrofossiler må være mindst lige så gamle.
    Endelig kan disse mikrofossiler gengives, da de er blevet fundet mangfoldige gange. Jeg kan næsten garantere, at hvis jeg gav Dem Schopfs kort og De foretog en grundig vandreferie i Nordvest Australien, kunne De genopdage relaterede fossiler. De er ikke en eller anden sjælden geokemisk anomali, men fund af den slags, man sædvanligvis sætter pris på i videnskab, fund, som kan bekræftes.

Mulige gamle marsboere

Lad os nu se på de hypotetiske marsboere, som de forekommer i analysen af David McKay og andre forskere i journalen Science's udgave fra 16. August, 1996. De fund, der antyder liv, er små forlængede genstande på overfladen af karbonatkuglerne, genstande, som disse forskere mener er af biologisk oprindelse. Et meget generøst estimat er, at de største af disse pølselignende genstande måler mellem 50 og 200 nanometer. Det er meget småt, omkring 1/500 til 1/1.000 af en typisk jordisk bakteries størrelse.
    Størrelsen har betydning: Det, en jordisk bakterie gør med omkring 1.000 molekyler, skal den potentielle marsboer udføre med et molekyle. Ikke desto mindre bruger marsmikroben dette lille molekylære repertoire til at leve et temmelig komplekst liv. Dvs. at den er en fritlevende skabning, som ormer sig vej ind i revnede marsklipper i flydende vand og efterlader karbonataflejringer som resultat af sit selv-tilstrækkelige stofskifte.
    Som eksempel på vanskeligheden, har en lille fritlevende skabning nødvendigvis stærke cellevægge. Grunden er, at uden sådanne vægge ville indstrømningen af vand til sidst få cellen til at eksplodere. En jordisk bakterievæg, som er passende til dette job, er 25 nanometer tyk (omkring en milliontedel tomme). Hvis marsmikroben med andre ord havde en sådan væg, ville der slet ikke være plads til celledele i dens indre.
    Denne form for argumenter kan føres med andre angivelser. En jordisk celle har behov for temmelig komplekse maskiner, kaldet ribosomer, til at lave dens vigtigste katalysatorer, proteinerne. Ribosomerne er 25 nanometer i tværsnit, så selv hvis cellerummet var komplet fyldt med ribosomer, ville der kun være 16 af dem, uden plads tilovers til nogle af de andre komponenter, der kræves til aktivt stofskifte, eller til selve informationens opbevarelsesmolekyle (som DNA), der ville bære skabningens genetiske information.
    Således forekommer disse genstande ikke at være fritlevende mikrober, som vi ser dem på Jorden. Man kan indvende, at ethvert sådant argument er håbløst geocentrisk. Men at argumentere for, at der findes en anden, mindre, måske mere high tech, løsning på problemerne med at være celle, kræver forkastelse af, hvad vi ved om biomolekylers funktion på Jorden. Begrænsningerne på kemien er efter alle indikationer de samme på Mars som på Jorden. Derfor forekommer det usandsynligt for mig, at aggregatet, med alt hvad der kræves til uafhængigt celleliv, skulle kunne laves 500 til 1.000 gange mindre end de eksempler, vi kender. Og bemærkelsesværdige blandt de eksempler, vi kender, er jordiske mikrofossiler fra samme æra.

Marsboerne som fossiler

Lad os se på de marsiske levninger igen på betingelse af de kriterier, vi anvender på arkæiske fossiler på Jorden.
    Kan de gentages? Nej, men det er ikke et fair kriterium at anvende på en potentiel opdagelse. Måske vil de blive gentaget i andre meteoritter. Faktisk peger denne ide på fordelene ved en relativt billig eftersøgning af meteoritter på Jorden, hvis mål skulle være at finde mange flere eksempler som ALH84001. Under alle omstændigheder kan fortalerne for gammelt liv på Mars ikke drage fordel af dette kriterium, før de gentages.
    Kan alderen på de formodede marsmikrober bestemmes? Uheldigvis forekommer det i øjeblikket usandsynligt. De forlængede marsgenstande er ujævnheder af nanometerstørrelse på klipper, detekteret i scanning elektron mikrografer. Det vil sige, at de er for små til separat undersøgelse og er ikke nødvendigvis del af de underliggende mineraler. Medmindre eller indtil tekniske fremskridt gør det muligt at samle et antal af dem separat for mere komplet analyse, kan deres alder forblive ukendt.
    Endelig og mest betydningsfuldt, overvej selve genstandenes natur. En bakterie vil ikke vare i 3,6 milliarder år, især udsat for de oxiderende forhold, der blev detekteret af Viking landerne nær marsoverfladen. Det er således meget usandsynligt, at disse mikroskopiske genstande er gamle marsorganismer, der beholder deres placering.
    Men det synes også usandsynligt, at disse små genstande er mikrofossiler. Fossiler af denne alder er selv klippe, sædvanligvis indesluttet i ekstra varige klipper, som vi tidligere pegede på. I stedet er Marsboerne ujævnheder på en overflade. Hvis de ikke er de oprindelige organismer er de sandsynligvis lavet af noget varigt, som erstattede organismen. Men at erstatte organismen med noget, der kan overleve 3,6 milliarder år og af organismens eksakte form, synes at kræve dannelsen af en form, injektion af den varige substans til at tage organismens form, derefter henfald af det omgivende formmateriale for at efterlade en langvarig fritstående kopi af den oprindelige mikrobe. Denne komplicerede serie hændelser forekommer mildt sagt usandsynlig.
    I studiet af muligt Mars liv er vi således langt fra status af vidnesbyrd for jordisk liv af samme alder. Men det er bestemt tidligt endnu. Afgørende vidnesbyrd, som isotoprater, der kan pege stærkt for eller imod liv, vil sikkert snart fremkomme. Det forekommer fornuftigt at være forsigtig. En person, der vædder, bør være tilsvarende forsigtig med at hæve indsatsen for marsliv, i det mindste på grundlag af de vidnesbyrd, vi har set.

De afgørende vidnesbyrd er derude

Selv hvis de kemiske vidnesbyrd tilføjes, har Mars meteoritterne endnu ikke bidraget meget til vidnesbyrdene for liv på Mars. Ikke desto mindre forbliver liv på Mars sandsynligt af andre grunde. Jeg foreslår, at vi tager meteorittens vidnesbyrd som et spørgsmål, ikke som svaret. Spørgsmålet om liv på Mars er overbevisende og endnu mere efter at al den furore om ALH84001 har fokuseret vor opmærksomhed.
    Endvidere rejser vi til Mars fem gange i løbet af de næste par år. Stumper og stykker af Mars vil blive returneret til Jorden i år 2005, måske før. Og i disse klipper eller i klipper fra Mars, der allerede er på Jorden, kan der være mere afgørende vidnesbyrd. Indenfor levetiden af de fleste, som nu læser disse ord, vil vi sandsynligvis have svaret.

Fra The Case for Life on Mars, The Planetary Report, Januar/Februar 1997, pp.12-19.

Medmindre man fører et meget beskyttet liv, er man opmærksom på det sidste års diskussioner vedrørende mulige vidnesbyrd om liv på Mars. I august 1996 offentliggjorde et hold forskere, ledet af David McKay fra NASA's Johnson Space Center, den første rapport om disse vidnesbyrd i bladet Science og præsenterede resultaterne for offentligheden i en bredt rapporteret pressekonference. Siden da har andre hold forskere gennemført deres egne analyser og nogle af dem er nået til konklusioner, der adskiller sig fra de første rapporter. Resultater fra andre støtter eller er i det mindste konsistente med NASA holdets foreslåede vidnesbyrd.
    Er vi, et år senere, tættere på at vide, om kendetegnene inde i meteoritten er rester af Mars liv? Eller om liv nogensinde eksisterede på Mars?

Foreslåede tegn på liv i ALH84001

De oprindelige vidnesbyrd blev fundet ved brug af geokemiske analyser og scanning elektronmikroskop billeder af dele af meteoritten ALH84001. Denne meteorit, der er opsamlet i Antarktis, er en af 12, som man mener er fra Mars. På grund af meteorittens alder (den blev dannet på en tid, hvor planeten sandsynligvis havde et varmere, mere vådt klima) og på grund af de årer af karbonat mineraler, der løber gennem den (som sandsynligvis udfældedes fra flydende vand, der løb gennem klippen), indså McKays's hold øjeblikkeligt, at ALH84001 måske indeholdt spor af Mars biologi. De gjorde fem observationer, som de følte indikerede Mars biota.
    For det første fandt de polycykliske aromatiske hydrocarboner (PAHs, udtalt "pahs") associeret med karbonataflejringerne. PAH'er er organiske molekyler, der primært består af carbon ringe, som kan være henfaldsbiprodukter af levende ting eller kan være fremstillet af ikke-biologiske processer som forbrænding af organiske molekyler ved høj temperatur.
    For det andet identificerede McKay's hold en sammensat lagdelt struktur inde i karbonaterne, som ligner lagdelte strukturer i jordiske karbonater, hvis dannelse hjælpes på vej af bakterier.
    For det tredje fandt de magnetitkorn, som ikke tidligere er set i meteoritter og som er af en størrelse og form, der er lig jordiske mineralkorn, som er produceret af visse typer bakterier. De fandt også korn af et jernsulfid mineral, som de forsøgsvis identificerede som greigit, der på Jorden kun produceres af bakterier.
    For det fjerde fandt de strukturer på omkring 100 nanometer (nanometer = en milliarddel af en meter), som har en slående lighed med jordiske fossile bakterier, de svarer i størrelse til "nannobakterier", som er strukturer fundet inde i nogle jordiske mineraler, strukturer, som kan være levende organismer.
    McKay og kolleger anerkendte, at hver af disse observationer, taget individuelt, kunne være resultatet af uorganiske, geokemiske processer. Imidlertid mente de, at kombinationen af dem alle blev forklaret bedre af biologiske processer.
    Det er klart, at det var (og stadig er) store spørgsmål der var på spil her - intet mindre end den mulige opdagelse af udenjordisk liv! I året siden den første bekendtgørelse har der været måske et dusin rapporterede undersøgelser i de videnskabelige blade eller præsenteret ved konferencer om meteoritter, planetær geokemi og livets oprindelse. Utallige diskussioner har fundet sted blandt forskere stående omkring vandkøleren, forskere, som prøvede at forstå både de oprindelige og de nye resultater. Selv om de nye resultater siger meget om forholdene omkring dannelsen af meteoritten, tillader de os endnu ikke at beslutte, om klippen indeholder vidnesbyrd om liv.
    Det er vanskeligt at bestemme, om de kendetegn, vi ser, er af biologisk oprindelse - hvordan identificerer man noget som enestående biologisk? De fleste af analyserne har i stedet fokuseret på karbonaternes og aflejringernes egenskaber.

Karbonatdannelse: Hvor varmt?

Et halvt dusin studier har prøvet at bruge forskellige teknikker til at bestemme den temperatur, ved hvilken karbonat mineralerne blev aflejret. Karbonater kan aflejres fra en flydende blanding af carbondioxid og vand ved temperaturer over 600 grader Celsius eller fra vand ved temperaturer omkring 50 til 150 grader Celsius - eller, i virkeligheden, ved næsten enhver temperatur ind imellem. De bakterielignende strukturer i ALH84001 blev indlejret i karbonaterne, mens de dannedes, så en meget høj dannelsestemperatur ville udelukke, at de var i live - liv kan ikke fungere ved så høje temperaturer, da de organiske molekyler er ustabile og brækker fra hinanden meget hurtigt.
    Det oprindelige forslag, om en dannelse ved lav temperatur, kom fra oxygenisotop målinger. Når karbonat mineraler dannes af opløste atomer, foretrækker mineralerne de lettere isotoper af oxygen (isotoperne er kun forskellige ved at have en eller to ekstra neutroner i deres kerne, hvilket gør dem en lille smule tungere). Graden af begunstigelse afhænger af temperaturen, så sammenligning af isotop forhold, mellem karbonatkorn og den carbondioxid, fra hvilken kornene dannedes, kan bruges til at bestemme temperaturen. Hvadenten det oprindelige forhold blev sat af vekselvirkning med mineralerne (som foreslået af Chris Romanek og kolleger, inkluderende mange af medlemmerne af McKays gruppe) eller ved vekselvirkning med atmosfæren (som foreslået af Kevin Hutchins og mig), så indikerer isotopforholdene en lav dannelsestemperatur - bestemt mindre end 300 grader Celsius.
    På den anden side kom der en indikation af dannelse ved høj temperatur fra observationerne af strukturen af magnetitkornene, der er indeholdt i karbonaterne. John Bradley og kolleger fandt mineralkorn, som de beskrev som lignende små "knurhår". Disse menes kun at dannes ved høje temperaturer, omkring 650 grader Celsius. Desuden var nogle ikke perfekte krystaller, som de ville være i biologisk frembragte korn, men havde en særlig type defekt, som kaldes en "skrue" forvridning. I en skrue forvridning er atomerne i en række af krystallen forskubbet i forhold til, hvor de skulle være. En sådan defekt kan forekomme i krystaller, der er dyrket fra damp, men ikke i dem, der er dyrket biologisk. Disse forskere konkluderer, at krystallerne i ALH84001 ikke kunne være produceret af bakterier.

En fortælling skrevet med atomer

Joseph Kirschvink og hans kolleger fra California Institute of Technology undersøgte magnetfeltet, som var bibeholdt af individuelle magnetitkorn, der var fanget inde i karbonataflejringerne. Når den dannes, vil magnetitten bibeholde et "aftryk" af et hvilket som helst magnetfelt, der er til stede på det tidspunkt; den vil beholde dette aftryk, medmindre den varmes op til høje temperaturer. Magnetit vil fuldstændigt miste feltet omkring 600 grader Celsius. Ved at måle mængden af bibeholdt magnetfelt estimerer forskerne, at kornene ikke er blevet opvarmet over 325 grader Celsius og sandsynligvis ikke over 110 grader Celsius. Hvis karbonaterne var dannet ved ekstremt høje temperaturer, ville det bibeholdte magnetiske felt være blevet tabt.
    Imedens opnåede John Valley (University of Wisconsin) og kolleger og Laurie Leshin (University of California at Los Angeles) og kolleger detaljerede målinger af oxygen isotoper inde i karbonaterne. De fandt variation i forholdet mellem oxygen-18 og oxygen-16, strækkende sig fra Mars' planetdækkende værdi til værdier, der var yderst berigede med den tungere isotop. Valley foreslog, at denne variation betød en lav dannelsestemperatur (i kemisk ligevægt med omgivende mineraler), medens Leshin mente, at det betød en høj dannelsestemperatur (ikke i ligevægt men isoleret fra omgivende mineraler)! Det er klart, at den korrekte tolkning afhænger af historien for de individuelle atomer i kornene og den er ikke kendt.
    Det har gjort vor forståelse yderligere kompliceret, at Tim Jull (University of Arizona) og kolleger, efter at have set på målinger af isotopen carbon-14, har foreslået, at der kunne være jordisk carbon og oxygen inde i kornene! Carbon-14 er radioaktiv og henfalder hurtigt, så der skulle være meget mindre mængder i karbonaterne, end man observerer. Den eneste forklaring er, at jordisk carbon trænger ind i meteoritten (carbon-14 fornys løbende i Jordens atmosfære). Hvis jordisk carbon trænger ind i kornene, er det sandsynligt, at jordisk oxygen gør det samme.
    Hvorfor er der så mange forskellige tolkninger? De forskellige forskere kigger på den samme klippe og den kan kun have haft en historie, ikke? Muligvis ikke. Simon Clemett fra Stanford, et af medlemmerne af McKay's hold, hævder, at meteoritten indeholder mindst fem forskellige former af karbonatmineraler (der, f.eks., fylder små huller versus fylder små spalter og sprækker). Karbonaterne kunne være blevet aflejret i de forskellige placeringer på forskellige tidspunkter eller i forbindelse med forskellige begivenheder. Nogen kan være blevet aflejret ved højere temperaturer og nogen ved lavere temperaturer.
    Om ikke andet afslører den intense undersøgelse, at ALH84001 har haft en kompleks geologisk historie!

PAH'er og Mars kemi

Emnet jordisk forurening er grundlæggende i enhver konklusion, vi drager fra ALH84001. For eksempel ville de organiske PAH molekyler i sig selv være betydningsfulde, hvis de viste sig at være fra Mars. Selv om de ikke var henfaldsbiprodukter fra en marsisk biota, ville tilstedeværelsen af organiske stoffer på den gamle Mars give støtte til sagen om livets oprindelse der.
    PAH'er er dog allestedsnærværende i Solsystemet. De er blevet fundet i meteoritter (dannet af andre organiske molekyler i det interstellare og interplanetariske rum) og de findes på Jorden (f.eks. som biprodukter ved afbrændingen af benzin). PAH'er findes i isen i Antarktis.
    Luanne Becker (University of California at San Diego) og kolleger fandt, at PAH'er i årstidernes smeltevand i Antarktis ville foretrække at forbinde sig med karbonatkorn og hvis de kunne sprede sig ind i meteoritten, ville de blive koncentreret i kornenes indre. Clement pegede imidlertid på, at der var problemer med de eksperimenter, der førte til disse kendelser. Især tillod de eksperimentelle omstændigheder ikke tid nok til, at PAH'erne kunne forbinde sig med karbonaterne. Da PAH'erne endvidere er relativt uopløselige i vand, er det muligt, at en betragtelig mængde af de PAH'er, som man mente havde bundet sig til karbonaterne, faktisk havde flydt uopløst i vandet. Det er sikkert, at ingen andre antarktiske meteoritter har PAH'er på det niveau, der ses i ALH84001, hvilket antyder, at forurening fra antarktisk vand ikke er et betydningsfuldt problem.
    Til trods for tilstedeværelsen af PAH'er i Antarktis, forekommer det mest sandsynligt, at dem i meteoritten kom fra Mars. De kan selvfølgelig være blevet bragt til Mars ved meteoritnedslag eller de kan være blevet dannet gennem ikke-biologiske processer og ikke have noget direkte at gøre med liv.
    En anden interessant form for carbon er blevet fundet inde i ALH84001 af Monica Grady (British Museum of Natural History) og hendes kolleger. De opvarmede et stykke af meteoritten og detekterede ved brug af et massespektrometer, at der kom organiske molekyler fra det. Disse organiske stoffer er langt mere rigelige end PAH'erne, men deres eksakte sammensætning og natur er ukendt. Kan dette være organiske stoffer fra Mars?
    Kevin Hutchins og jeg beregnede forholdet af carbon-13 til carbon-12, som ville forekomme i marsiske organiske molekyler, hvis de dannedes af biologiske processer og samtidig beregnede vi det forhold, der ville forekomme, hvis de organiske stoffer dannedes af ikke-biologiske processer i hydrotermiske systemer, der simulerede miljøer på den gamle Mars. Når resultaterne kombineres med vidnesbyrd fra aflejringernes geokemi antyder de, at isotopforholdet, der observeres i disse organiske stoffer, ikke er konsistent med marsisk biota; det er snarere konsistent enten med organiske stoffer produceret i marsiske hydrotermiske systemer eller med jordisk forurening.

Stadig mindre verdener at udforske

Den bemærkelsesværdigt lille størrelse af de bakterielignende strukturer har været genstand for megen diskussion. Det typiske rumfang af de marsiske strukturer er omkring 1/2.000 af rumfanget af den mindste bakterie på Jorden. Kan en så lille struktur indeholde nok "udstyr" til at videregive sin genetiske information til afkom? Dette spørgsmål blev rejst tidligt og er stadig ikke blevet besvaret tilfredsstillende.
    Adskillige forskere har bemærket, at hvis disse marsiske strukturer havde en væg bestående af et dobbelt lag lipider, som det der danner membraner i jordiske organismer, ville der næsten intet rumfang være tilbage inde i strukturerne. Ken Nealson (University of Wisconsin) bemærkede, at hvis nogen af de molekyler, der bliver brugt i jordisk liv, blev brugt af marsisk liv og var tilstede i de samme koncentrationer, kunne antallet af molekyler inde i strukturen være så lille som ét (eller ingen)! Måske kan marsiske organismer klare sig med membraner lavet af et enkelt lag eller af et dobbelt lag, der er væsentlig tyndere end dem i jordiske organismer.
    På den anden side bemærkede McKay og kolleger en lighed i størrelse med "nannobakterier", strukturer, der er fundet i jordiske klipper af Robert Folk (University of Texas). Man er slet ikke enige om, hvorvidt de jordiske nannobakterier er levende entiteter, så denne sammenligning hjælper os ikke meget nu.
    NASA gruppen har identificeret et andet kendetegn af mulig biologisk oprindelse i ALH84001 meteoritten. De ser strukturer, der ligner jordiske biofilm, som er polymerer eller kæder af organiske molekyler, der er sekreter fra mikrober. Skønt de marsiske kendetegn ligner biofilm og ser ud til at indeholde carbon, er det endnu ikke klart om de skal være produceret biologisk.

Hvad vi derefter skal se efter

Hvor efterlader alt dette os så? Meget få ville påstå, at emnet er blevet afgjort, enten til gunst for eller imod muligt marsisk liv. Det bør ikke overraske: vi ser på kendetegn inde i en klippe - hvad enten de er biologiske eller geokemiske - som er af en anden fysisk skala, end vi nogensinde før har udforsket. I 1960'erne, da fossiler af individuelle celler først blev fundet i jordiske klipper, som daterede sig milliarder af år tilbage, tog det 10 år eller mere at forstå og karakterisere de ikke-biologiske kendetegn på den skala og eliminere forurening, som blev indført i laboratorierne. Vi burde forvente den samme "indkørings" periode, når vi analyserer disse Mars klipper.
    Hvis vi arbejder ud fra, hvad vi ved om jordiske mikrofossiler, skulle vi gøre adskillige distinkte observationer for at hævde overbevisende vidnesbyrd for, at strukturerne i ALH84001 engang var levende ting. Vi ville ønske at se et område af størrelser, som var konsistent med en "livscyklus" for organismerne. Det ville også hjælpe at finde nogle i reproduktionsakten - i færd med at dele sig. Det er usandsynligt, at et DNA-lignende molekyle kunne overleve på Mars i milliarder af år uden at nedbrydes, men detektion af en membran i de bakterielignende strukturer ville være et betydningsfuldt skridt mod vished.
    En fuldstændig bestemmelse af isotop mængderne inde i karbonaterne ville også være af væsentlig værdi. Bestemmelse af det sande område af carbon og oxygen isotoperne i karbonaterne og graden af jordisk forurening (baseret på carbon-14 mængderne) ville indsnævre de mulige forklaringer på de forskellige observerede kendetegn. Bestemmelse af isotopforholdene for hydrogen, carbon og nitrogen i PAH'erne og i resten af de organiske stoffer kan lade os besvare visse spørgsmål definitivt - især vedrørende jordisk forurening og biologiske versus ikke-biologiske processer.
    Et nyt fælles forskningsprogram, som er finansieret af NASA og National Science Foundation, vil støtte en intens runde undersøgelser af Mars meteoritterne i år. De udvalgte forskere, omkring 15 ialt, burde komme med nogle stærke yderligere begrænsninger på forekomsten af fossilt liv.
    Dog kan vi i sidste ende være ude af stand til at besvare det store spørgsmål med denne ene klippe. Andy Knoll (Harvard University) samlede 1.200 karbonat og ikke-oxiderede lerskifer klipper fra Spitsbergen, en ø ud for Norge, klipper, som kunne have indeholdt vidnesbyrd om liv. Mens omkring 90 procent indeholdt nogle vidnesbyrd om liv (organiske molekyler, isotopforhold, der antyder liv og så videre), indeholdt kun 5 procent identificerbare mikrofossiler af bakterier. ALH84001 har måske bare ikke svarene i sig.
    Selv om vi kan demonstrere et fuldstændigt fravær af liv inde i ALH84001, ændrer logikken, der peger på liv på Mars, sig ikke. Det varmere miljø på den tidlige Mars, tilstedeværelsen af flydende vand på overfladen eller under overfladen gennem planetens historie og rådigheden af geotermisk energi til at drive biologiske processer taler alle for, at liv kunne eksistere der.
    Det virkelige svar vil sandsynligvis ikke komme uden en detaljeret udforskning ved brug af rumfartøjer og, om nødvendigt, mennesker. Vi har behov for at lande på de steder, hvor det er mest sandsynligt, at livet har eksisteret i fortiden og hvor det er mest sandsynligt, at vidnesbyrdene er blevet bevaret. Vi har behov for at indsamle klipper. Det er sikkert, at klipperne skal undersøges i laboratorier tilbage på Jorden.
    Mars Surveyor programmet for rummissioner har som sit mål bestemmelsen af, om der nogensinde fandtes liv på Mars. De nuværende planer forudser rovermissioner sendt afsted i 2001 og 2003. Disse vil indsamle klipper, som skal returneres til Jorden af et fartøj, der bliver afsendt i 2005. Det er imidlertid ikke klart, at disse missioner vil have de nødvendige instrumenter til at vælge de bedste steder at søge og de bedste prøver at bringe tilbage. Hvis vi er heldige, kan vi have vort svar omkring et årti fra nu. Hvis vi er yderst heldige, kunne vi finde overbevisende vidnesbyrd for liv inde i en af Mars meteoritterne i den nære fremtid. I alle tilfælde vil det, at finde ud af eksistensen (eller manglen herpå) af liv på Mars, fortælle os meget om den mulige fordeling af liv i vor galakse.

Fra Mars Life? One Year Later, The Planetary Report, November/December 1997, pp.10-13.

Resultater fra to nylige studier af meteoritten ALH84001 støtter skeptikere, som tvivler på, at klippen i overskrifterne indeholder vidnesbyrd om liv på den gamle Mars. Debatten fortsætter, men om dette er forskerne enige: ALH84001 er et brudstykke af Mars - en meteorit fundet i Antarktis i 1984 og bestemt af mineralogiske og kemiske analyser til at være en besøgende fra den røde planet.
    I august 1996 offentliggjorde en gruppe forskere anført af David McKay fra NASA Johnson Space Center en afhandling i Science, i hvilken de bemærkede, at den 3 til 4 milliarder år gamle meteorit indeholder karbonatmineraler, som normalt udfældes fra flydende vand. Holdet bemærkede også korn af mineralet magnetit, som var af samme størrelse og form som dem, visse bakterier på Jorden producerer. McKay og kolleger detekterede også organiske molekyler, kendt som polycyklisk aromatisk hydrocarbon (PAH) associeret med karbonaterne. Ved brug af et scanning elektronmikroskop så de små, aflange strukturer, der antyder fossile bakterier.
    Ud fra denne sammenkædning af data konkluderede McKay holdet, at "overvejet kollektivt" er disse observationer "vidnesbyrd om primitivt liv på den tidlige Mars". Siden offentliggørelsen af denne afhandling har det meste af diskussionen i det videnskabelige samfund drejet sig om to emner. Det ene emne er, hvorvidt karbonatmineralerne dannes fra vand ved temperaturer mindre end 100 grader Celsius, lavt nok til at livet kan eksistere, eller ved temperaturer på adskillige hundrede grader, alt for højt til liv, som vi kender det. Det andet spørgsmål er, hvorvidt de aflange strukturer, som er omkring 100 nanometer lange, er store nok til engang at have indeholdt det molekylære maskineri, som en levende celle behøver for at fungere. Typiske jordiske bakterier er ti eller flere gange større. Der er endnu ikke enighed om disse to emner.
    Science fra 16. januar, 1998 fremførte en tredje række undersøgelser - undersøgelser af kilden til de organiske molekyler i ALH84001. Som rapporteret i to artikler af forskellige grupper forskere, indikerer ny vidnesbyrd, at meteorittens organiske molekyler er forureninger af jordisk oprindelse.

Når aminosyren viser sig

En af artiklerne, som er forfattet af J.L. Bada, D.P. Glavin, G.D. McDonald og L. Becker, rapporterer om deres søgen efter aminosyrer, en klasse organiske molekyler, der er centrale for jordisk biokemi. For at få aminosyrer ud af en prøve fra klippen brugte Bada og hans kolleger en fortyndet saltsyreopløsning til at opløse karbonat mineralerne, som så efterlod alle organiske forbindelser, der var forbundet med dem. Forskerne analyserede så denne ekstrakt ved brug af flydende kromatografi, en procedure, der adskiller aminosyrer, der er mere vandopløselige, fra dem, der er mindre vandopløselige. (De opløste aminosyrer bevæger sig gennem en søjle af porøs kiseljord, der har et lag af en hydrocarbon forbindelse til at forsinke de mindre vandopløselige aminosyrer. Særlige aminosyrer kan så identificeres ved den tid, det tager dem at passere gennem søjlen).
    Holdet ledte efter aminosyrer fundet i liv på Jorden og efter andre aminosyrer, som ikke findes i jordisk liv, men som der er rigeligt af i carbonholdige meteoritter (carbonaceous chondrites), der har ramt Jorden og Mars i tidens løb.
    Forskerne fandt lave niveauer af nogle få aminosyrer, som bruges af livet på Jorden, men detekterede ingen ikke-biologiske aminosyrer. Distributionen af aminosyrer i meteoritten var lig den, der er i antarktisk is og de biologiske aminosyrer var næsten udelukkende af den samme "håndethed" som aminosyrer, der bruges i proteiner på Jorden. (En aminosyre er enten højre-håndet eller venstre-håndet afhængig af, om dens kæde af atomer proptrækker i den ene retning eller den anden. Aminosyrer, der er associeret med jordisk liv, er alle venstre-håndede). I kontrast hertil finder vi i carbonholdige meteoritter lige mængder aminosyrer af hver håndethed. Selv om det er muligt, at denne aminosyre signatur kunne være et resultat af marsisk biologi, konkluderede Bada og kolleger, at den mest sandsynlige kilde til aminosyrerne er forurening med jordisk biologisk materiale under meteorittens ophold i Antarktis.

Sigende typer carbon

Den anden afhandling, forfattet af A.J.T. Jull, C. Courtney, D.A. Jeffrey og J.W. Beck, beskriver deres analyse af carbonisotoper i det organiske materiale og i karbonatmineralerne i ALH84001. Jull og kolleger opdelte meteorittens carbon i fraktioner (dvs. de adskilte den organisk forbundne carbon fra den karbonat forbundne carbon) ved at opvarme prøver i 100-graders trin fra rumtemperatur til over 700 grader Celsius. Det meste organiske carbon forbrænder til carbondioxid ved temperaturer under 400 grader Celsius, mens karbonater forbrænder ved temperaturer omkring 450 grader Celsius eller højere. Så afprøvede forskerne carbonfraktionen med den lave temperatur (organisk) for dens forhold mellem carbon-13 og carbon-12. Forholdet mellem disse to isotoper i ALH84001 var uskelneligt fra forholdet i jordisk biologisk materiale.
    Vigtigere var det, at denne fraktion også indeholdt betydelige mængder carbon-14, den isotop, der er velkendt for sin brug i datering af arkæologiske genstande. Ud fra carbon-14's halveringstid på 5.715 år bestemte Jull og hans kolleger, at radiocarbon alderen af det organiske materiale i ALH84001 er mellem 5.000 og 12.000 år.
    Vi ved, at meteoritten blev slynget bort fra Mars for omkring 14 millioner år siden, som målt ved skader på meteoritten fra kosmisk stråling. Vi ved også, at den har befundet sig i Antarktis i omkring 13.000 år, som målt ved henfaldet af radioaktive grundstoffer produceret i løbet af meteorittens tid i rummet. Derfor indikerer carbon-14 vidnesbyrdene, at det organiske materiale må have forurenet meteoritten efter den ankom på Jorden.
    Holdet bemærkede, at en lille fraktion af det totale carbon i ALH84001 forbrændte ved temperaturer mellem organisk og uorganisk carbon og det er stadig uklart om denne fraktion var organisk eller uorganisk. Denne mellemfraktion indeholdt ikke carbon-14, hvilket indikerer, at den var udenjordisk.
    Vi forstår ikke kilden til alt det organiske materiale i ALH84001 fuldstændigt. Imidlertid gør de nyligt offentliggjorte studier det klart, at de fleste organiske stoffer i denne meteorit snarere er jordiske forureninger end rester af liv på Mars. Hvis der er noget marsisk organisk carbon i ALH84001, vil det sandsynligvis være meget vanskeligt at isolere fra forureningerne og endnu mere vanskeligt at identificere utvetydigt som udenjordisk. Det kan være, at vi aldrig helt finder oprindelsen til alt det organiske materiale i ALH84001, men den enkleste og mest plausible forklaring på det, vi har observeret, forbliver forurening fra det antarktiske miljø.

Fra The Mars Rock: Some of Its Chemistry is from Earth, The Planetary Report, Maj/Juni 1998, pp.9-10.

Bada og Jull afhandlingerne er yderst interessante og giver os yderligere indsigt i denne marsiske meteorits historie, men de afkræfter ikke vor originale hypotese, at ALH84001 indeholder mulige vidnesbyrd om tidligt liv på Mars.
    For det første kan aminosyrerne, detekteret af Bada og kolleger, meget vel være forurening fra Antarktis. Imidlertid beviser den kendsgerning, at de er venstre-håndede molekyler, ikke, at de er fra Jorden og ikke Mars; marsiske organismer kan have produceret venstre-håndede aminosyrer lig dem, der produceres af jordiske organismer.

PAH'er som biomarkører

Det er et vigtigt punkt, at vor gruppe analyserede for polycyklisk aromatisk hydrocarbon (PAH), ikke aminosyrer. Det er blevet vist, at PAH'er er et naturligt henfaldsprodukt af døde organismer på Jorden, så de er ligeså meget biomarkører som aminosyrer; begge typer organiske molekyler kan dannes enten ved ikke-biologiske processer eller biologiske processer. Endvidere viser omfattende afprøvning af Stanford University medlemmerne af vort oprindelige hold, at PAH niveauer i antarktisk is og i andre slags meteoritter fra Antarktis er meget lavere end PAH niveauerne i ALH84001.
    Desuden er PAH'er meget mindre vandopløselige end aminosyrer, så det er mindre sandsynligt, at PAH'er transporteres ved bevægelse af smeltevand. Det er ikke underligt, at størstedelen af meteoritten indeholder opløselige komponenter fra antarktisk smeltevand; det er endda sandsynligt, at denne meteorit i løbet af den antarktiske sommer har ligget i blød i en smeltevandspøl. Imidlertid har omhyggeligt arbejde af George Flynn på State University of New York, Plattsburgh, ved brug af instrumenter på Brookhaven National Laboratory, ført til opdagelsen af, at klor til brom forholdet i karbonatkuglerne og deres kanter var omkring 10.000 til 1, hvilket er næsten 100 gange forholdet i antarktisk is. Disse resultater antyder, at karbonatkuglerne ikke er blevet forurenet af betydning af opløselige klor eller brom salte, medens de har været i Antarktis. Ellers burde forholdene være de samme som i isen.
    Kilden til PAH'erne forbliver et mysterium og vor oprindelige tolkning, at de er uløseligt forbundet med meteoritten og kommer fra Mars, forbliver gyldig. Vi understreger også, at vort oprindelige arbejde koncentrerede sig om karbonatkuglerne, som ubestrideligt blev dannet på Mars. Bada gruppen analyserede stumper af meteoritten og søgte ikke at udskille karbonatkuglerne. Som konsekvens heraf er det ikke klart, om deres aminosyrer hovedsagelig er forurening nær overfladen eller om de også er tilstede i eller på karbonatkuglerne. Vi fandt, at PAH'erne var mest udbredte på overflader, der var rige på karbonatkugler og var næsten fraværende på den ydre skal.

Den mystiske komponent

Tilstedeværelsen af carbon-14, som diskuteret i afhandlingen af Jull og kolleger, demonstrerer klart, at en betydelig del af det organiske carbon i meteoritten er jordisk forurening. Faktisk indeholder enhver antarktisk meteorit, der nogensinde er analyseret, noget carbon-14, som er optaget i ismarkerne. Mange har sekundære mineraler, inkluderende karbonater, som tydeligt dannedes i Antarktika.
    I de syreresistante rester af Mars meteoritten fandt Jull holdet imidlertid en carbonrig mystisk komponent, som ikke indeholdt carbon-14 og derfor ikke var en jordisk forurener. Endvidere viste denne mystiske komponent en interessant kombination af egenskaber: den havde et carbon-12 til carbon-13 forhold, som er karakteristisk for organisk carbon lavet af organismer på Jorden, men var samtidigt relativt modstandsdygtig over for varme, da den først forbrændte ved 450 grader Celsius eller højere temperaturer. Dens carbon-12 til carbon-13 forhold var temmelig forskelligt fra det, de masiske karbonater i meteoritten havde. Selv om denne mystiske komponent højst udgjorde 20 procent af det totale organiske carbon, giver dens bevisligt udenjordiske oprindelse og dens lighed med biologisk produceret organisk carbon på Jorden faktisk ny støtte til vor hypotese. Inkluderer dette carbonrige materiale de PAH'er, der oprindeligt blev fundet af os? Blev dette carbonrige materiale produceret ved henfald af marsiske organismer? Endnu har ingen disse svar.
    Vi er enige i, at dette er en yderst kompleks klippe med en kompliceret historie. Naturen er ikke altid enkel. Det bør imidlertid ikke afholde os eller andre fra at prøve at udrede de sande marsiske egenskaber fra jordisk forurening. Tilstedeværelsen af betydelig antarktisk forurening gør det vanskeligere, men ikke umuligt, at bestemme, hvorvidt denne klippe indeholder marsiske biomarkører.
    Opsummering: Ingen af disse afhandlinger forringer vore oprindelige data eller gør vor hypotese ugyldig; de gør kun fortællingen mere kompleks og udfordrende. Det endelige svar må måske vente til returneringen af Mars prøver. Indtil da hævder vi, at studiet af Mars meteoritter vil fortsætte med at give vigtige spor om den mulige tidlige tilstedeværelse af liv på Mars.

Fra Earthly Contaminants Don't Rule Out Martian Life, The Planetary Report, Maj/Juni 1998, pp.10-11.

* Bruce Jakoski er professor i geologi på University of Colorado i Boulder. Han er forsker på Mars Global Surveyor rumskibet og har udført forskning i marsoverfladens evolution og Mars' atmosfære. The Search for Life on Other Planets, Cambridge University Press, 1998.

**Michael Yarus er professor i molekylær-, celle- og udviklingsbiologi på University of Colorado i Boulder.

*** Gene McDonald, som har bidraget til en af de Science artikler, der beskrives her, er forsker ved Astrobiology Group på Jet Propulsion Laboratory.

****David S. McKay og Everett K. Gibson fra NASA Johnson Space Center, Houston, og Kathie L. Thomas-Keprta fra Lockheed Martin Corporation, Houston er medlemmer af det hold, hvis 1996 artikel i Science identificerede vidnesbyrdene for tidligt Mars liv indeholdt i ALH84001.

o.a.: ...planetesi'malteo'rien den antagelse, at planeterne er dannet ved samling af en mængde småpartikler (planetesimaler), som før dannede en urtåge;...