Afbeelding boven: de vlekjes waarover dit nieuws gaat: ‘luipaardvlekjes’ en ‘klaproos zaadjes’. Bron: NASA (Perseverance rover).
Bron van het nieuws: https://www.nasa.gov/news-release/nasa-says-mars-rover-discovered-potential-biosignature-last-year/
Zou het waar zijn? Hebben we echt voor het eerst biosignaturen gevonden buiten de Aarde? Of probeert NASA extra media-aandacht te krijgen vanwege de zware besparingen die ze moeten doen? Het nieuws dat sinds gisteren verspreid werd door NASA, is dat de ‘Leopard spots’ en de ‘Poppy seeds’, de vlekjes die vorig jaar gevonden zijn door Perseverance rover in Nevatna Vallis (instroomgeul bij Jezero krater), nu ‘bijna zeker’ erkend worden als biosignaturen van vroeger leven op Mars. De moeite dus om wat verder te onderzoeken. En dat heb ik gedaan. Spoiler alert: ik ga nu al mijn besluit verklappen: Ja! het lijkt volgens mij (en specialisten in meerdere interviews) erop dat ze voldoende goede redenen hebben om ‘bijna zeker’ te zijn dat we hier een biosignatuur gevonden hebben. Waarom bijna en niet helemaal zeker? Omdat je nooit zeker kan zijn dat er geen chemische processen bestaan die we nog niet kennen, en die dus toch een alternatieve (niet-biologische) verklaring kunnen geven van de vlekjes (maar dat is onwaarschijnlijk). Eigenlijk hebben de betrokken wetenschappers een jaar lang hun uiterste best gedaan om te bewijzen dat de vlekjes konden ontstaan zonder tussenkomst van leven. En dat is niet gelukt!
Waarover gaat het hier?
We hebben dit bijzondere Mars-staal al eens eerder besproken in deze blog: Populairste Mars-staal van Perseverance. De donkere vlekjes die ‘poppy seeds’ genoemd worden zijn meestal iets kleiner dan een millimeter. De luipaardvlekjes zijn centraal bleek (bruin-geel-wit), met een donkerder randje errond, en zijn soms groter dan een millimeter. Ze zijn gevonden in de zogenaamde “bright angel formation”, een plek met veel diverse laagjes en structuren, vrij complex en met veel sporen van erosie. Alle gesteenten daar bevatten fijne korrels, een menging van klei- en leemachtige gesteenten. De instrumenten met NIR spectroscopie geven aan de de meeste gesteenten licht gehydrateerd zijn, en de Raman spectroscopie geeft aan dat er vrij veel organische materie aanwezig is. Deze rotsen bevinden zich in de instroomgeul van het fossiele meer van de Jezero krater (dus naast de krater zelf), en worden geschat op ongeveer 3,5 tot 3,8 miljard jaar oud. Het is ook meer dan 3 miljard jaar geleden dat er vloeibaar water aanwezig was op deze plek.
Wat is de chemische samenstelling?
Er is redelijk wat geweten over de chemische samenstelling van de vlekjes, omdat deze onderzocht zijn door de Perseverance instrumenten zoals SHERLOC en PIXL. De kleur van de vlekjes komt voornamelijk van twee mineralen, namelijk Vivianiet (donkere poppy seeds en randjes van leopard spots) en Geigriet (lichte kern van leopard spots):
Vivianiet: gehydrateerd ijzerfosfaat: Fe3(PO4)2·8(H2O). Dit gehydrateerd mineraal is dus samengesteld met gereduceerd ijzer (Fe2+) en fosfaten. Op Aarde wordt het afgezet in ijzerrijke en waterrijke omgevingen met veel organische koolstof en veel fosfaat. Dus vooral op plaatsen waar dode, rottende organismen in contact komen met ijzer. Bijvoorbeeld binnenin fossiele schelpen of op ijzeren onderdelen van doodskisten na een begrafenis. Het kan ook wel voorkomen zonder de aanwezigheid van leven, maar voor zover we weten alleen maar diep onder de grond, waar het aanwezig water onder zeer hoge druk en zeer hoge temperatuur staat (minimum 120°C). En uiteraard moet het omgevende gesteente dan ook rijk zijn aan fosfaten, organische moleculen, en ijzer.
Greigiet: ijzersulfide: Fe2+Fe3+2S4. Dit is een combinatie van ijzer (gereduceerd en geoxideerd) en zwavel. Let op, het is geen sulfaat (geoxideerde zwavel), het gaat over sulfide, dus de gereduceerde vorm. Op Aarde komt het voor in rivierafzettingen die vooral klei en leem bevatten. De omgeving moet zuurstofarm zijn, want anders gaat de zwavel oxideren en sulfaten vormen. Het is een afzettingsproduct van zwavel-reducerende bacteriën, maar het wordt ook zonder tussenkomst van leven gevormd. Bijvoorbeeld als neerslag waar ijzer en sulfide samen opgelost zijn in water (zonder zuurstof) of in vulkanische activiteit.
Kan je deze mineralen hebben zonder leven (abiotisch) op die plek? NEE
De NASA wetenschappers hebben een jaar lang onderzocht of deze twee mineralen zich kunnen vormen zonder tussenkomst van leven, en zonder hoge temperaturen. Het is immers duidelijk uit de observaties en de geologische context van Nevatna Vallis dat de Bright Angel formation nooit ondergonds is geweest. Het is duidelijk dat deze gesteente al die miljarden jaren nooit onder hoge druk gestaan hebben, en dat hun omgeving altijd koud bleef (al zeker niet meer dan 100°C). Mocht je al eens water hebben van 120-200 °C, dan is de hoge druk nog steeds noodzakelijk om dat heet water niet onmiddellijk te laten wegkoken, zodat de vivianiet zich niet kan vormen. Bovengronds is dat dus onmogelijk.
Vooral voor vivianiet is het besluit heel duidelijk: hoe veel men ook zocht, er is op dit moment onmogelijk een abiotische manier te bedenken dat vivianiet zich had kunnen vormen in de Leopard spots of de Poppy seeds in de koude omgeving waar ze voorkomen. Het is ook moeilijk te verklaren dat de fosfaten in zulke hoge dosissen geconcentreerd zitten in de vlekjes, zonder de tussenkomst van biomassa. Biomassa heeft een veel hogere fosfaat-concentratie dan de meeste abiotische omgevingen. Mocht je al zoveel fosfaat geconcentreerd hebben om andere redenen, dan lukt het nog niet. Het omgevende gesteente bevat namelijk ook veel calcium. Dan zou calciumfosfaat zich veel gemakkelijker vormen dan ijzersulfaat. Er moet wel iets geweest zijn dat het fosfaat en het gereduceerd ijzer actief samenbracht of deed reageren met elkaar in plaats van met calcium.
Ook de abiotische vorming van greigiet is onwaarschijnlijk op deze plek. De zone is zwavelrijk, maar in reacties met ijzer zou het veel gemakkelijker sulfaten (geoxideerd zwavel) vormen dan sulfiden (gereduceerd). Men heeft onderzocht of het mischien mogelijk is dat de omgevende organische moleculen spontaan zo met de sulfaten zouden kunnen reageren dat ze deze omzetten in sulfiden. Dan blijkt dat dergelijke reacties zo onnoemelijk traag zouden verlopen, dat ze onmogelijk deze afzetting kunnen verklaren. Je zou al bijzonder hoge temperaturen moeten hebben om deze reacties te versnellen, en dan nog blijft het onwaarschijnlijk. Die hogere temperaturen zijn er zeker niet geweest. De tussenkomst van bacterie-achtig leven dat het zwavel reduceert is daarentegen wel een gemakkelijke verklaring.
Het is dus helemaal niet gek dat de NASA dit besluit neemt. Als iemand een plausibele verklaring kan bedenken om het abiotisch ontstaan van de mineralen uit te leggen, dan zijn ze uiteraard bereid om hun mening te herzien. Maar op dit moment is het besluit: de enige verklaring voor deze waarneming is het te beschouwen als een biosignatuur! Sporen van een vorm van leven die meer dan 3 miljard jaar geleden deze nodules heeft afgezet op de stenen (onder water). Wat een nieuws !!
Waarom dan toch nog zo voorzichtig blijven in de boodschap? Omdat je nooit zeker weet of hier een chemie meespeelt die we simpelweg nog niet kennen. We blijven wetenschappers (of nerds?).
Wat nu?
Driemaal helaas: we hebben alle mogelijke middelen om de vlekjes te bestuderen ter plaatse al benut. Met andere woorden: het enige wat we nog kunnen doen is hier op Aarde steeds beter de omstandigheden op Mars te simuleren in het labo, en dus nog meer zekerheid opbouwen over het besluit dat er geen abiotische manieren zijn om vivianiet en greigiet te vormen in deze concentratie en in deze omgeving. Hetzelfde besluit nog sterker bevestigen …
Het is dus alweer met spanning wachten op de Mars sample return. Als de staaltjes naar de Aarde worden gebracht, kunnen we dit specifieke staal grondig onderzoeken. Welke zijn de organische moleculen die hier voorkomen (niet te bepalen met de Perseverance instrumenten ter plaatse)? En wat is hun verhouding koolstof-13 t.o.v. koolstof-12? En als er bijvoorbeeld aminozuren in gevonden worden: zijn deze homochiraal of niet (enkele het ‘linkse’ spiegelbeeld, enkel het ‘rechtse’ of een menging van beiden)? Enzovoort. Het onderzoek op Aarde van deze marsstaaltjes is nu alleszins nog belangrijker dan ooit tevoren. Het meest optimische scenario is dat de staaltjes op Aarde landen in 2031. Maar de besparingsdrang van de huidige Amerikaanse regering die de NASA treft, en de onzekere economische tijden in Europa voorspellen weinig goeds. Voor een Mars Sample Return is nog altijd heel veel budget nodig. Maar misschien kunnen de Chinezen de staaltjes ooit ophalen?