Ученые связали наличие метана на Марсе с появлением биомолекул на Земле

Чешские химики предложили механизм химических превращений, который позволяет объяснить наличие на Марсе метана и появление на ранней Земле простейших азотистых оснований и аминокислот, необходимых для последующего зарождения жизни. Работа опубликована в Nature Astronomy.

В 2013 году марсоход «Кьюриосити» подтвердил наличие на Марсе метана, возраст которого не превышает 600 лет. По геохимическим меркам это совсем небольшой возраст, что указывает на существование сейчас на Марсе активного или затухшего совсем недавно источника метана. Несмотря на то, что сначала некоторые ученые предполагали, что обнаружение метана на Марсе является инструментальной ошибкой, позже существование метана в атмосфере Марса было подтверждено, в частности, с помощью анализа метеоритов марсианского происхождения. Сейчас в качестве возможного источника его происхождения рассматривается несколько возможных вариантов, один из которых подразумевает наличие на Марсе жизни. Последним из всех высказывалось предположение, что поверхность Марса является фотокатализатором, который способствует протеканию фотохимической реакции восстановления углекислого газа до метана. Уровень интенсивности ультрафиолетового излучения превышает земной примерно на 2-3 порядка, поэтому возможность такого механизма исключать нельзя. Тем более, согласно современным представлениям, раньше уровень излучения был еще выше.

Химики из Чехии решили проверить возможность осуществления механизма синтеза метана  на Марсе под действием мягкого ультрафиолетового облучения в присутствии пористых марсианских пород, в первую очередь анатаза и монтмориллонита. Оба этих минерала содержатся в большом количестве в марсианском реголите и являются эффективными фотокатализаторами.

Авторы исследования предложили три возможных пути синтеза, один из которых хорошо согласуется с данными, полученными «Кьюриосити». По предложенной фотохимической модели средний возраст метана в атмосфере должен составлять около 300 лет, что довольно хорошо согласуется с известными данными о его возрасте.

При этом сезонные колебания уровня метана и углекислого газа на Марсе, которые регистрировал «Кьюриосити», ученые объясняют возможным балансом между сезонным изменением уровня излучения и адсорбцией воды и углекислого газа на поверхность минералов с фотокаталитической активностью. Исследователи отмечают, что также важно учитывать и источник водорода. В зависимости от планеты, он может быть разным. Например, сейчас у Марса кислотная атмосфера с большим содержанием в ней соляной кислоты, что еще дополнительно ускоряет процесс синтеза метана.

Ученые предполагают, что подобный механизм был характерен для всех молодых планет земной группы, в том числе и Земли, и именно из такой восстановительной атмосферы с большим количеством метана и угарного газа образовались первые азотистые основания и аминокислоты. Поспособствовать этому могла  бомбардировка поверхности Земли метеоритами, что было характерно для Солнечной системы около 4 миллиардов лет назад. Чтобы показать, что такой механизм возможен, ученые промоделировали возможные химические превращения, воздействуя на газовую смесь лазерной ударной волной. Анализ продуктов реакции подтвердил, что подобное воздействие действительно приводит к образованию короткоживущих радикалов и получению, в частности, глицина и азотистых оснований.

Предложенные механизмы углеродных превращений могут дать ответ на то, что происходило с углеродом на ранних стадиях развития планет земной группы в Солнечной системе, и в какой момент появилась жизнь на Земле. Сейчас именно углеродный анализ является основным способом получения информации о наличии жизни на Земле. Так, косвенные следы существования жизни на Земле 4 миллиарда лет назад не являлись однозначными именно из-за того, что без информации об атмосферном составе Земли не было понятно, какие именно реакции приводят к образованию углерода в графитовых минералах. Однако найденные после этого ископаемые микроорганизмы и новые данные изотопного анализа, но уже других углеродных минералов однозначно указывают на наличие жизни в этот момент.

Александр Дубов