Обнаружение метана в атмосфере Марса, сделанное в последние годы при помощи как наземных наблюдений, так и космических миссий, дало новую почву для споров о жизни на этой планете, или, более определенно, о том, могут ли в условиях Марса существовать определенные, например земные, микроорганизмы.
Несмотря на то что ученые установили предположительные абиогенные источники метана на Марсе, например вулканизм, они не исключают, что он может иметь и биологическое происхождение.
Более того, недавние измерения, сделанные марсоходом Curiosity, допускают, что со временем концентрация этого газа в атмосфере растет.
«Одним из восхитительных моментов для меня стало обнаружение метана в марсианской атмосфере, — заявила Ребекка Миккол из Университета Арканзаса, автор новой работы в журнале Origins of Life and Evolution of Biospheres. — На Земле большая часть метана произведена биологическим путем прошлыми или ныне живущими организмами. Такое же возможно на Марсе. Бесспорно, есть немало альтернативных способов появления метана на Марсе, и тема остается спорной. Но это лишь добавляет волнения».
В первую очередь ученые обратили внимание на так называемых микробов-метаногенов, образующих метан в качестве побочного продукта своего метаболизма в бескислородных условиях. На Земле эти микроорганизмы производят метан, входящий в состав природного газа.
Метаногены — одни из простейших и древнейших организмов на Земле, встречаются они в болотах, некоторые являются экстремофилами и обитают в горячих источниках глубоко под водой. Кроме того, они есть в кишечниках рогатого скота, термитов и позвоночных животных.
Метаногены анаэробны, то есть для жизнедеятельности им не нужен кислород.
В качестве источника энергии они обычно используют водород, а углекислый газ — в качестве источника атомов углерода для построения органических молекул. Тот факт, что такие микробы не нуждаются ни в фотосинтезе, ни в кислороде, навел ученых на мысль, что они могут выживать и под поверхностью Марса, под грунтом, который способен укрывать их от жестких лучей ультрафиолета. Это делает их идеальными кандидатами на роль возможных обитателей Марса.
Однако на поверхности Марса и под ней чрезвычайно низко атмосферное давление — в течение года оно колеблется от одной сотой до одной тысячной атмосферы, что слишком мало для поддержания воды в жидком состоянии. При таком давлении вода быстро испаряется.
Чтобы выяснить, способны ли метаногены выжить в экстремальных условиях Марса, Миккол и Тимоти Крал, автор исследования, провели эксперименты сразу с четырьмя видами этих микробов — Methanothermobacter wolfeii, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicicum и Methanococcus maripaludis. Эксперименты прошлых лет над этими организмами, проводившиеся на протяжении более 20 лет, позволили накопить много данных. В ходе последней серии экспериментов, которая заняла около года, ученые выращивали этих микробов в специальных трубках, наполненных раствором, имитирующим предположительный состав марсианских подповерхностных вод.
Микробы питались водородом, а трубки контактировали с хлопковыми пробками, покрытыми частицами грунта, схожего по составу с тем, что встречается на поверхности Марса. Кислород убивает подобные организмы, а поддержание чрезвычайно низкого давления было довольно сложной задачей, пояснила Миккол.
Более того, при низком давлении жидкость испаряется быстрее, что ограничивало время эксперимента. Несмотря на эти проблемы, ученые обнаружили, что все участвовавшие в опыте микробы выжили после пребывания при давлении в 6/1000 от давления у поверхности Земли (срок пребывания варьировался от трех до 21 дня).
«Эти эксперименты показали, что для некоторых видов низкое давление может не оказывать никакого влияния на выживаемость организма», — пояснила Миккол.
Следующий шаг для ученых — эксперименты при низких температурах. «На Марсе очень холодно, часто температура опускается до –100 °C по ночам и лишь иногда, в самые теплые дни в году, поднимается выше нуля. Мы проводили наши эксперименты при температуре чуть выше нуля, однако низкие температуры могут ограничить испарение среды и сделают условия более похожими на Марс», — пояснила она.