لایه‌های پنهان فرازمینی‌ها: آیا مریخ میزبان حیات است؟

به گزارش سیتنا، حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش، دو مورد از سیاره‌هایی که به دور خورشید می‌گشتند، زیست‌کره‌هایی به یک اندازه داشتند. یکی، زمین به گونه‌ای تکامل یافت که اجازه داد حیات رونق یابد و به گونه‌های بی‌شمار زیبایی تقسیم شود. مریخ، دنیای دیگر مسیری متفاوت را پیمود.

امروز، سطح مریخ دشمن حیاتی است که می‌شناسیم، اما طبق این داستان علمی، مریخ شاید زمانی میزبان انبوهی از میکروب‌ها بوده است. در اعماق نمکین این سیاره و پشت سپری در برابر تشعشعات مرگباری که به سطح برخورد می‌کنند، شاید این ارگانیسم‌ها در گوشه و کناره‌ها رشد کرده‌ و تا اندازه‌ای تکثیر شده بودند که می‌توانستند با ذخیره حیات زمین رقابت کنند.

این احتمال وجود دارد که میکروب‌های مریخ، که متانوژن نامیده می‌شوند، هیدروژن و کربن دی‌اکسید اتمسفر را جذب و گاز متان آزاد کرده باشند تا در یک چرخش، تبدیل به بدترین دشمن خود شده باشند.

در طول زمان، اشتهای روبه‌رشد و تمام‌نشدنی آنها تمام هیدروژن (یک گاز گلخانه‌ای قدرتمند در روزهای آغازین سیاره) را ربودند و در نهایت باعث ایجاد یک یخبندان مرگبار در سیاره و رانده‌شدن جمعیت میکروبی به شکاف‌های عمیق و گرم شدند. این که آن میکروب‌های اعماق تا چه مدت توانستند زنده بمانند، مشخص نیست. احتمالاً آنها تنها یک جرقهٔ کوتاه حیات در یک سیاره کاملاً استریل بودند.

«بوریس ساتری» (Boris Sauterey) از انستیتوی بیولوژی اکول نرمال سوپریور در پاریس می‌گوید: «شاید انقراض پیش‌فرض کیهانی در تمام جهان باشد. این فرایند ظهور حیات نیست که محدود است؛ این توانایی حیات برای حفظ خود است که محدود است.»

اما شاید در عمق بیش از نه متری و درون قالبی از یخ، این ارگانیسم‌های تک‌سلولی کهن وارد یک وضعیت خواب شده‌اند؛ نوعی خواب منجمد، آماده برای شکوفاشدن هنگامی که شرایط مساعد برای حیات سر برسد.

یک تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از Deinococcus radiodurans؛ یک باکتری با مقاومت بسیار زیاد در برابر شرایط محیطی نامساعد. اگر حیات روی مریخ وجود داشته باشد، می‌تواند مشابه این نوع میکروارگانیسم باشد.

شاید درون مریخ به‌اندازه سطح آن عاری از حیات نباشد. این سیاره می‌تواند می‌تواند میزبانی برای ارگانیسم‌های بیگانه باشد که می‌توانند هزاران سال بین هر دور موتور متابولیک خود صبر کنند.

این سناریو می‌تواند دور از ذهن به نظر برسد، اما نتایج اخیر مدلسازی دانشمندان از سکونت‌پذیری مریخ باستانی و مطالعه سرسختی میکروب‌ها در آزمایشگاه‌ها و اعماق سیاره خودمان به یک سمت همگرا هستند: احتمالش اندک است، اما شاید حیات روی مریخ تکامل پیدا کرده و همچنان وجود داشته باشد.

و شاید زمانی شهاب‌سنگ‌ها به مریخ برخورد کنند و لایه‌های دفن‌شده یخ را بیرون آورند، یا زمانی یک فضاپیمای جدید بتواند خود را به این قلمروز عمیق برساند و دانشمندان نشانه‌های این حیات را کشف کنند.

«ایمی ویلیامز» (Amy Williams) از دانشگاه فلوریدا می‌گوید: «من اعلام نمی‌کنم که میکروب‌های مریخ با پشت سر گذاشتن تمام احتمالات برای مدتی طولانی زنده بماند. نمی‌توانم حدسی بزنم که امروز زنده هستند یا نه. اما به عنوان یک اخترزیست‌شناس، امیدوارم که اینگونه باشد و این که این دانش بتواند به ما کمک کند درکی عمیق‌تر از جایگاه خود در کیهان داشته باشیم.»

مریخ معتدل گذشته

سطح مریخ، خشک و در معرض تشعشع، حتی سرسخت‌ترین میکروب‌های زمین را برای زنده‌ماندن بیش از یک لحظه به چالش می‌کشد.

اما میلیاردها سال قبل، سیاره گرم‌تر و مرطوب‌تر بود. مشخص نیست که این شرایط معتدل چه مدت دوام داشت یا چه مقدار آب روی سیاره بود، اما واضح است که مریخ باستانی تمام مواد اولیه مورد نیاز برای شکل‌گیری حیاتی که می‌شناسیم، در خود داشت؛ از جمله آب، ترکیبات ارگانیک کربن‌دار و واکنش‌های شیمیایی فعال که انرژی تولید می‌کنند.

به همین دلیل است که «ساتری»، یک اکولوژیست محاسباتی تصمیم گرفت بررسی کند که مریخ اولیه تا چه اندازه قابل سکونت بود. پیش‌تر، تیم او مدل‌هایی را توسعه داده بود که مشخص می‌کردند حیات اولیه روی زمین چگونه شرایط سطحی سیاره را ۳٫۵ میلیارد سال پیش تحت تاثیر قرار داد؛ زمانی که مریخ نیز می‌توانست کاملاً قابل سکونت باشد.

طبق توضیحات مقاله‌ای که در ژورنال Nature منتشر شده است، ساتری و همکارانش چندین مدل از مریخ با اتمسفر، دمای سطحی و انواع شورابه مختلف که نقطه انجماد متفاوت دارند، در نظر گرفتند.

آنها فرض کردند که تمام جمعیت‌های ارگانیسمی که روی سیاره سکونت می‌کردند، نوعی میکروب با دَم هیدروژن و بازدم متان بودند که روی زمین آغازین نیز وجود داشتند و فرض کردند که چنین میکروب‌هایی محدود به محیط‌هایی خواهند بود که حداقل ۳ متر زیر سطح مریخ هستند؛ جایی که شورابه‌های حافظ حیات فراوانند و تشعشع وجود ندارد.

متانوژن‌ها نوعی ارگانیسم هستند که دانشمندان عقیده دارند امکان شکل‌گیری آنها در مریخ آغازین وجود داشته، اما احتمالاً آنها با بلعیدن تمام گاز هیدروژن اتمسفر باعث یخبندان سیاره و نابودی خود شده‌اند.

تیم پژوهشی دریافت که دمای سطحی و شورابه نقشی حیاتی در تعیین احتمال سکونت‌پذیری دارند. در شبیه‌سازی‌های آنها، احتمال وجود محیط‌های قابل سکونت زیر سطح در یک سیاره سردتر و پوشیده از یخ کمتر بود؛ زیرا یخچال‌ها مقدار گاز هیدروژنی را که به سطح‌های زیرین می‌رسد و ارگانیسم‌های بیگانه آن را تنفس می‌کنند، محدود می‌کنند. اما ساتری دریافت که در یک دنیای گرم‌تر با یخ کمتر، در مساعدترین شکل برای حیات، حداقل ۵۰ درصد احتمال وجود داشت که پهنه‌های کم‌عمق میلیاردها سال قبل قابل سکونت بوده باشند.

او می‌گوید: «نتیجه ما این است که مریخ، اگر کاملاً پوشیده از یخ نبود، احتمالاً قابل سکونت بود. این به این معنی نیست که مسکون بود، چون ما نمی‌دانیم چطور می‌توان از سکونت‌پذیری به سکونت رسید.»

این تیم همچنین نقشه‌ای از قابل‌سکونت‌ترین نواحی زیر سطح روی سیاره تهیه کرد و دریافت که «هلاس پلانیتیا» (Hellas Planitia) (یک حوضه برخورد وسیع در نیمکره جنوبی سیاره) می‌توانست تقریبا در بدترین شرایط از حیات پشتیبانی کند. «ایسیدیس پلانیتیا» (Isidis Planitia) و دهانه جیزرو در همسایگی آن، جایی که مریخ‌نورد استقامت در حال جمع‌آوری نمونه برای ارسال به زمین است نیز در میان سکونت‌پذیرترین موقعیت‌ها قرار داشتند.

ساتری و تیمش سپس شبیه‌سازی کردند که متانوژن‌های در حال رشد مریخی چگونه روی محیط‌زیست خود تأثیر گذاشتند. آنها با شگفتی دریافتند که حیات روی مریخ می‌توانست با مصرف تمام هیدروژنی که سیاره را گرم می‌کند، قربانی وجود خودش باشد؛ زمین به علت ترکیب متفاوت گازها در اتمسفر خود از این سرنوشت فرار کرد.

ساتری می‌گوید: «تا حدی، ما انتظار داشتیم که مریخ برای این نوع ارگانیسم‌ها قابل سکونت باشد. ما انتظار نداشتیم تأثیر معکوس حیات روی سکونت‌پذیری سیاره‌ای را ببینیم، این که اگر نوعی از حیات روی مریخ وجود داشته باشد، درنهایت سکونت‌پذیری سیاره را از بین ببرد.»

ساتری و همکارانش می‌گویند که وقتی اقلیم سیاره را تغییر دادند، میکروب‌های نفرین‌شده مریخی به اعماق بیشتری مهاجرت کردند؛ جایی که گرم‌تر و مساعدتر است، اما انرژی کمتری وجود دارد.

طبق مدلسازی پژوهشگران، دهانه جیزرو یکی از محتمل‌ترین مکان‌ها برای سکونت میکروب‌ها در مریخ اولیه بوده است؛ جایی که مریخ‌نورد استقامت در حال حاضر در آن مشغول نمونه‌برداری است.

«جکی گوردیال» (Jackie Goordial)، میکروبیولوژیست دانشگاه گوئلف در کانادا که میکروب‌ها را در پرمافراست‌های قطب‌های زمین مطالعه می‌کند، می‌گوید احتمال وجود حیات از مدل‌ها بیشتر بوده است؛ زیرا ساتری و همکارانش از یک تعریف تقریباً محافظه‌کارانه سکونت‌پذیری استفاده کرده‌اند.

برای مثال، آنها دمای منفی ۲۰ درجه سلسیوس را به عنوان پایین‌ترین دمای بقای حیات در نظر گرفتند؛ گوردیال می‌گوید روی زمین دانشمندان میکروب‌هایی را در دماهای پایین‌تر دیده‌اند.

تیم ساتری همچنین فرض کرده است که پوشش یخ محدوده محیط‌های قابل سکونت را با محدودکردن دسترسی به گازهای اتمسفری کاهش می‌دهد، اما روی زمین، میکروب‌ها می‌توانند از هیدروژنی که زیر زمین تولید می‌شود، تغذیه کنند. این نشان می‌دهد میکروب‌های مریخی می‌توانستند بیشتر از چیزی که شبیه‌سازی‌ها فرض می‌کنند، زیر زمین زندگی کنند.

گوردیال می‌گوید: «جمعی از دانشمندان وجود دارند که تنها روی حیات جداشده از اتمسفرها پژوهش می‌کنند و این نوع حیات وجود دارد. این زندگی عجیبی است. واقعاً جالب است و قطعاً می‌توان آن را برای مریخ نیز در نظر گرفت.»

میکروب‌های سرسخت

تیم دیگری از پژوهشگران به شکلی دیگر به مسئله حیات مریخی پرداخته‌اند: با دیدن این که میکروب‌ها چقدر می‌توانند در شرایط مشابه نه متری عمق مریخ زنده بمانند. در این عمق، میزان تشعشعات خورشیدی و کیهانی مشابه سطح زمین است، اما خاک‌ها خشک و منجمد هستند.

آنها تصمیم گرفتند روی یک باکتری به نام «دینوکوکوس رادیودورانز» (Deinococcus radiodurans) مطالعه کنند؛ یکی از معروف‌ترین اکستریموفیل‌ها (شدیددوستان) که می‌توانند مقادیر بزرگ تشعشع را تحمل کنند. «د. رادیودورانز»، که در رآکتورهای هسته‌ای و خاک‌های قطب جنوب یافت می‌شود، با تعمیر سریع آسیب‌های DNA ناشی از تشعشع زنده می‌ماند.

ویلیامز می‌گوید: «این حقیقت که ما این‌ها را روی زمین داریم، این حقیقت که رادیودورانز در رآکتورهای هسته‌ای پیدا می‌شود، دیوانه‌وار است. ما حتی تا صد سال قبل رآکتور نداشتیم.»

در کشت مایع، دو رادیودورانز می‌تواند دوز تشعشعی تقریباً برابر با ۲۵,۰۰۰ گری (Gray-Gy) را تحمل کند؛ در مقایسه، انسان‌ها و بسیاری از مهره‌داران که با تشعش ۵ گری کشته می‌شوند.

حفاری اعماق نه متری مریخ می‌تواند رازهای حیات میکروبی در این سیاره را برای پژوهش‌ها آشکار کند، اما تکنولوژی این حفاری عمیق هنوز در دسترس نیست. متهٔ مریخ‌نورد استقامت تنها می‌تواند تا عمق ۱۰ سانتی‌متر از خاک مریخ را سوراخ کند.

طبق مقاله این تیم پژوهشی که در ژورنال Astrobiology منتشر شده است، این تیم پژوهشی راهی برای سرسخت‌تر کردن د. رادیودورانز پیدا کرد. آنها ابتدا یک کشن د. رادیودورانز را خشک کردند. سپس آن را منجمد کردند تا شرایط سرد و خشک اعماق مریخ تقلید شود که باعث شد کشت به حالت خواب فرو برود. وقتی آنها باکتری‌ها خوابیده را با دوزهای بیشتر تشعشع به چالش کشیدند، دریافتند که سلول‌ها در رکود می‌توانند دوزی تقریباً برابر با ۱۴۰٬۰۰۰ گری را تحمل کنند.

«مایکل دیلی» (Michael Daly) از دانشگاه یونیفرمد سرویسس در مریلند می‌گوید: «این یک عدد عظیم است، یک عدد کیهانی. انتظار داریم که میکروارگانیسم‌هایی که در مریخ تکامل یافتند به اندازه—اگر بیشتر نه—د. رادیودورانز، که در سیاره‌ای نسبتاً ملایم به نام زمین تکامل پیدا کرده‌اند، نسبت به تشعشعات مقاوم باشند.»

تیم پژوهشی همان آزمایش را روی پنج باکتری ضعیف‌تر تکرار کردند ازجمله ای کولی و Saccharomyces cerevisiae (مخمر آبجو) و دریافتند که خشکی و انجماد به‌طور مشابه مقاومت سلول‌ها را در برابر تشعشع افزایش داد، هرچند این سلول‌ها همچنان نمی‌توانستند اندکی به حد تحمل د. رادیودورانز نزدیک شوند.

وقتی دیلی و همکارانش محاسبه کردند که یک سلول د. رادیودورانز د عمق تقریبا نه متری زیر سطح مریخ چه مقدار می‌تواند زنده بماند، به یک عدد شگفت‌انگیز رسیدند: تقریباً ۲۸۰ میلیون سال زمان لازم است تا سلول نابود شود. این عدد مختص سلول‌های خوابیده است، اما در طول زمان، وقایعی گرم مانند برخورد شهاب‌سنگ‌ها می‌توانند به‌طور موقت محیط زیر سطح را دگرگون و سلول‌ها را احیا کنند؛ به این ترتیب فرصتی فراهم می‌شود تا آن‌ها دوباره فعال شوند و تولیدمثل کنند.

پرمافراست‌ها در نزدیکی قطب‌های زمین محل سکونت میکروب‌هایی منجمد هستند که قدمت آنها به دوره‌های بسیار گذشته بازمی‌گردد. دانشمندان عقیده دارند که در مریخ نیز میکروب‌هایی همچنان به این شکل زنده مانده‌اند.

پژوهشگران چرخه‌های حیاتی به همین میزان نامساعد را در میکروب‌های دفن‌شده در اعماق زمین مشاهده کرده‌اند و دانشمندان می‌توانند میکروب‌هایی زنده را از هسته‌های پرمافراست‌های کهن احیا کنند. گوردیال می‌گوید مدل‌های حیات در رسوب‌های اعماق دریا نیز نشان می‌دهند ارگانیسم‌ها احتمالاً می‌توانند با ورودی انرژی بسیار اندک زنده بمانند.

او می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم این میکروب‌ها با یک متابولیسم واقعاً آهسته زنده هستند. شاید سلول‌های آنها هر ۱۰,۰۰۰ سال یک‌بار تولیدمثل کنند. ما این را روی زمین می‌بینیم. مطالعه مستقیم این موضوع بسیار سخت است … اما آیا چیزی مشابه در زیر سطح مریخ در جریان است؟»

اگر میکروب‌ها آنجا هستند، عمق‌شان بیشتر از چیزی است که تکنولوژی‌های فعلی بتوانند به آنها برسند. مته‌های مریخ‌نورد استقامت کمتر از ۱۰ سانتی‌متر حفر می‌کنند، در حالی که دیلی و همکارانش زمان بقای میکروب‌ها را در عمق ۱۰۰ برابر بیشتر محاسبه کرده‌اند.

در آینده، دانشمندان امیدوارند فضاپیمایی را با توانایی حفاری عمیق‌تر به مریخ بفرستند. یکی از این مأموریت‌ها، کاوشگر حیات مریخ (Mars Life Explorer) اخیراً در بین اولویت‌های بالای علم سیاره‌ای ایالات متحده برای یک دهه آینده قرار گرفت، هرچند در بهترین حالت تا دهه ۲۰۳۰ راهی مریخ نخواهد شد.

یا شاید دانشمندان زودتر شانس بیاورند. یک برخورد تازه شهاب‌سنگ، که فرودگر لندر ناسا و مدارگر شناسایی مریخ آن را شناسایی کردند، حفره‌ای در پوسته سیاره ایجاد و تکه‌های یخ دفن‌شده را روی سطح پرتاب کرده است که دیلی می‌گوید دقیقاً همان نوع موادی است که می‌خواهد برای تعیین حضور میکروب‌های خوابیده بررسی کند.

ویلیامز می‌گوید: «با این که انتظار ندارم حیات به سراغ هیچ‌کدام از مریخ‌نوردهای ما برسد، نمی‌خواهم توانایی حیات برای یافتن راه بقا را دست‌کم بگیرم.»