День, когда люди наконец ступят на Марс, быстро приближается. Прямо сейчас НАСА, Китайское национальное космическое агентство (CNSA) и SpaceX объявили о планах отправить астронавтов на Красную планету «к 2040 году», «в 2033 году» и «до 2030 года» соответственно. Эти миссии приведут к созданию долгосрочных сред обитания, которые позволят вернуться на Марс и провести научные исследования, которые будут исследовать все: от геологической эволюции Марса до возможного существования прошлой (или даже настоящей) жизни. Возможности, которые это создаст, отражаются только проблемами, которые они повлекут за собой.
Одной из самых больших проблем является обеспечение экипажам доступа к воде, а это означает, что любые места обитания должны быть созданы вблизи подземного источника. Точно так же ученые ожидают, что если сегодня на Марсе еще есть жизнь, то, скорее всего, она будет существовать в «соленых пятнах» под поверхностью. Возможным решением является внедрение на Марсе системы для крупномасштабных операций по добыче воды, которая могла бы отслеживать формы жизни. Это предложение, известное как система независимого поиска жизни (ALF), было одной из тринадцати концепций, выбранных программой NASA Innovative Advanced Concept (NIAC) в этом году для разработки фазы I.
Концепция была предложена Стивеном Беннером и командой из Фонда прикладной молекулярной эволюции (FfAME) в Алачуа, Флорида. Беннер — бывший профессор химии в Гарвардском университете, ETH Цюриха и Университете Флориды, где он был заслуженным профессором химии VT и Луизы Джексон. В 2005 году он основал Фонд прикладной молекулярной эволюции, где он и его коллеги стали первыми учеными, синтезировавшими ген, положив начало области синтетической биологии.
Как объяснили Беннер и его команда в своем предложении, система ALF предназначена для упрощения астробиологических исследований на Марсе до прибытия каких-либо пилотируемых миссий. Его цель также состоит в том, чтобы рассмотреть несколько предрешенных выводов, поднятых на конференции НАСА 2019 года («Существующая жизнь на Марсе: что дальше?»), состоявшейся в Карловых Варах, штат Нью-Мексико. В ходе этой конференции было решено, что у ученых есть веские основания подозревать следующее о жизни на Марсе:
- Жизнь зародилась на Марсе с использованием той же геоорганической химии, которая зародила жизнь на Земле.
- Марсианская жизнь сохраняется и сегодня на Марсе, в приповерхностном льду, на низких высотах и в пещерах, где присутствуют временные жидкие рассолы, — средах, в которых сегодня на Земле обитает микробная жизнь.
- Марсианская жизнь должна использовать информационные полимеры (например, ДНК); Дарвиновская эволюция требует этого, а дарвиновская эволюция — единственный способ организовать материю, чтобы дать жизнь.
- Хотя марсианская «ДНК» может отличаться (возможно, радикально) по своему химическому составу от земной ДНК, «Полиэлектролитная теория гена» ограничивает вселенную возможных инопланетных структур ДНК.
- Эти структуры гарантируют, что марсианская ДНК может быть сконцентрирована из марсианской воды, даже если она очень сильно разбавлена, и даже если марсианская «ДНК» отличается от земной ДНК.
- На Марсе в том виде, в котором он существует сегодня, информационные полимеры не могут генерироваться без жизни (в отличие от других менее надежных биосигнатур, таких как метан), гарантируя, что жизнь не будет «обнаружена», если она отсутствует («проблема ложного срабатывания»).
Ссылаясь на предыдущее исследование старшего научного сотрудника Института SETI Джона Д. Раммеля и офицера планетарной защиты (PPO) НАСА Кэтрин А. Конли, Беннер и его команда отмечают, что существует несколько ошибок, когда речь идет о предлагаемых усилиях по поиску дошедших до нас доказательств существования марсианской жизни. . Обращаясь к политике защиты планет Комитета по космическим исследованиям (КОСПАР), Раммель и Конли пришли к выводу, что в их планах по поиску доказательств жизни на Марсе есть четыре существенных «недостатка». Во-первых, они рассмотрели утверждение о том, что соответствующий уровень чистоты космических кораблей недоступен.
Во-вторых, они оспорили утверждения о том, что существует серьезный риск в предположении, что жизнь может быть идентифицирована путем сравнения последовательностей нуклеиновых кислот, особенно если эти последовательности получены из «особого региона», загрязненного земной жизнью. Они также оспаривают утверждение о том, что современные исследования «грязными роботами» предпочтительнее возможности распространения загрязнения в результате будущих исследований человека и что потенциальные последствия загрязнения ресурсов и окружающей среды, необходимых для будущих миссий человека на Марс, не рассматривались. Основываясь на этих соображениях, Раммель и Конли пришли к выводу, что ученые не считают обнаружение существующей жизни на Марсе «высокоприоритетной задачей».
По словам Беннера и его коллег, цель этого проекта NIAC — изменить эту точку зрения до прибытия миссий с экипажем, что, несомненно, усложнит поиск местной марсианской жизни. Таким образом, планы пилотируемых миссий на ближайшие десятилетия устанавливают очень строгие сроки для поиска или жизни на Марсе, но также предлагают возможность, которую можно использовать. В частности, Беннер и его команда указывают, как в предложениях миссий подчеркивается необходимость использования ресурсов на месте (ISRU), особенно когда речь идет о приповерхностном водяном льду. Как они написали:
«Топливо (метан и кислород) будет производиться из этой воды и атмосферного углекислого газа для обратного пути на Землю. Водяной лед будет добываться в масштабах от десятков до сотен тонн. Кроме того, чтобы максимизировать вероятность безопасного возвращения экипажа на Землю, роботизированные операции по добыче тонн приповерхностного водяного льда будут проведены до прибытия первых людей-космонавтов. Таким образом, вода, добытая при подготовке к прибытию человека, правильно рассматривается как чрезвычайно крупномасштабный астробиологический образец, гораздо больший, чем сухие запрятанные камни».
Они утверждают, что добытый водяной лед будет содержать пыль, отложенную с течением времени марсианскими пылевыми бурями, что позволит ученым получить информацию о доступной поверхности Марса. Таким образом, массивный образец водяного льда позволит провести высокоточное исследование поверхности Марса на предмет потенциальных признаков жизни. Система ALF позволит извлекать генетические полимеры – будь они чужеродными или результатом загрязнения в результате роботизированных миссий. Система ALF также предлагает инструменты для проведения частичного анализа любых полимеров, диссоциирующих в воде (полиэлектролитов), на месте.
По словам Беннера, систему называют «агностической» из-за того, как она «использует то, чему научила нас синтетическая биология об ограниченных видах дарвиновских генетических молекул». Поскольку это дополнительная система, в том числе система ALF представляет собой незначительную нагрузку с точки зрения массы и энергии для любой существующей операции по добыче полезных ископаемых. Несмотря на это, это позволит проводить научные операции, которые установят строгий нижний предел количества биоматериала, доступного на поверхности Марса, и сделают это до того, как на Марсе будет установлено присутствие человека.
Как подытожили Беннер и его команда, система также будет полезна и на других телах, которые человечество надеется когда-нибудь исследовать в поисках признаков жизни (и, возможно, заселить). «[I]Мы сделаем это до того, как Homo sapiens станет многопланетным видом. И «многопланетный» — правильный термин», — написали они. «Эта дополнительная система ALF может использоваться на всех небесных телах, где будет добываться вода для поиска и анализа жизни, местной или завезенной, земной или инопланетной. Сюда входят Европа, Энцелад, Луна и экзотические места на Земле».
Дополнительная литература: НАСА
