Miért keresünk DNS-t a Marson?

A DNS a földi élet egyedi azonosítója: egységesen előfordul minden életformában, és jelzi közös eredetüket. Elméletileg más égitesten nem feltétlenül kell kialakulnia, az élet egyéb információhordozó molekulát is választhat. Ezért szokatlannak is tűnhet a DNS keresése a Marson, mégis ezt tervezik.

"Az lesz a fordulópont, ha a Curiosity szerves anyagot talál a Marson" - jelentette be Alfonso Davila, a NASA SETI Intézetének munkatársa. Sok szakember vár erre a mérésre, ha ugyanis nemcsak a Mars-meteoritokban, magán a bolygón is sikerülne ilyen molekulákra akadni, az látványosan igazolná, hogy érdemes vizsgálatokat végezni, és támpontokat adna, merre kell továbblépni. Néhány szerves molekula ugyanis még nem elég az élet kérdéskörének megválaszolásához.

A Viking űrszondák leszállóegységei az 1970-es években nem találtak szerves anyagot a Mars felszínén, bár az érzékenységük szerény volt a mai műszerekéhez képest. Egyes elgondolások alapján az sem kizárt, hogy az egyik műszerük által detektált gázfejlődés szerves anyagok oxidációjával keletkezett. A Mars felszíni kémiai környezetéről közben kiderült, hogy agresszív, és elpusztítja az odakerülő szerves összetevőket - azonban kis mélységben már lehetnek ilyen anyagok a bolygón. Erre utal a Mars felszíne alól kirobbant és a Földre hullott meteoritok némelyikének vizsgálata.

A Curiosity kis koncentrációban lévő szerves összetevőket is képes kimutatni, de azok pontos eredetének megértéséhez újabb űrszonda kell. A rover eredményei alapján kiderülhet, milyen esélyek voltak az élet egykori kialakulására a Marson, és milyen körülményekkel kell esetleg szembenézni napjainkban. A kutatók nemcsak a szerves anyagok azonosítására fordítanak kiemelt figyelmet, a legfontosabb biogén elemek dúsulásaira is figyelnek.

Noha a rover célja a marsi környezet lakhatóságának, az ebből a szempontból fontos tényezők időbeli változásainak megértése, elméletileg közvetlenül is kimutathat egykori életnyomokat. A legidősebb földi életnyomok izotópanomáliák, valamint sztromatolitok, amelyek élettevékenység morfológiai nyomaként maradtak fent, illetve itt említhetők a különféle mikrofosszíliák. Az egykori életnyomok azonosítása azonban még a Földön is nehéz - a Mars esetében sem várható, hogy gyorsan egyértelmű eredmény születik. Feltehetőleg több oldalról meg kell vizsgálni az esetleg érdekes objektumok biogén eredetét. Az alábbi táblázat azokat a lehetséges biomarkereket (életre utaló jeleket) sorolja fel, amelyeket elméletileg a rover képes azonosítani.

Mars Science Laboratory rover által megfigyelhető potenciális biomarker	Azonosítás módja (műszer)	Biomarker megbízhatósága (milyen erősen utal arra, hogy élettevékenységgel keletkezett)
biogén eredetű szerves molekulák	mintavétel (SAM)	erős bizonyíték
biogén gázok	mintavétel (SAM)	erős bizonyíték
testfosszíliák	optikai megörökítés (MAHLI)	alkalmanként erős bizonyíték
biológiai eredetű szerkezeti formák (pl. sztromatolit-jellegű alakzatok)	optikai megörökítés (MastCam, MAHLI)	ritkán megbízható
földi biogén eredetű arányhoz hasonló mars izotóparány	mintavétel (SAM)	lehet erős érv, de ehhez pontosan kell ismerni a környezetet, keletkezés módját
biomineralizáció (biogén eredetű ásványképződés, pl. váz)	kémiai és optikai elemzés (CheMin, ChemCam)	ritkán erős érv
térbeli kémiai mintázat	kémiai és optikai elemzés (CheMin, ChemCam)	ritkán erős érv

Olyan esetekben lenne igazán megbízható az eredmény, ha egyszerre több biomarkert találna a szonda. Fontos lehet olyan ásványok vagy elemösszetételek azonosítása, amelyek abiogén úton nagy valószínűséggel nem jöhettek létre. Szintén kiemelt jelentőségű a Földön megfigyelt, biogén eredetűhöz hasonló dúsulás megfigyelése a szénizotópok esetében, avagy élettevékenység segítségével képződő úgynevezett nem egyensúlyi ásványtársulások megjelenése. Magának a metánnak a vizsgálata is fontos támpontot adhat, amelyben izotópdúsulást keres majd a szonda - igaz, ennek a gáznak a koncentrációja nagyon alacsony a bolygó légkörében.

Juthat-e földi élőlény a Marsra?

A kutatók a marsi élet lehetőségét ma már nemcsak a Földtől teljesen elzárva vizsgálják, noha a bolygókat sokáig izolált környezetnek tekintették. Mára azonban kiderült, hogy az élőlények tetszhalott állapotban hosszú időt is kibírhatnak a világűrben, és ha egy másik égitesten szerencsés módon és helyen landolnak, fel is éledhetnek. Ezt képviseli a pánspermia elmélet, amelynek az elméleti lehetősége csekély, de nem nulla.

Az ősi Naprendszerben történt gyakori becsapódások és a kis távolság miatt sok kőzetanyag érkezett a Marsról a Földre, különösen az élet keletkezése környékén, majdnem 4 milliárd évvel ezelőtt. Ebben az időszakban a mai ismeretek alapján a két égitest felszíni viszonyai hasonlóak lehettek, ezért talán a Marson is kialakult az élet, és akár kapcsolatba is kerülhetett a földivel. Az ősi becsapódások révén több milliárd tonnányi meteorikus anyag robbant ki a Marsról, amelynek egy része később a Földre hullott, benne az esetleg kialakult életformákkal. Nem zárható ki tehát, hogy szoros kapcsolatban állt egykor a két égitest bioszférája, és így nem alaptalan a DNS keresése.

A fordított helyzet valószínűsége sokkal kisebb, a Föld nagyobb tömege és erősebb gravitációs tere miatt sokkal kevesebb anyag dobódhatott ki és landolhatott meteoritként a vörös bolygón. Mindez azonban csak feltételezés, de megfelelő anyagvizsgálati módszerrel akár igazolni is lehet. További fontos tényező, hogy a Mars a földinél kisebb tömege révén sokkal kevésbé lett aktív felszínű bolygó. Ennek megfelelően lényegesen több és idősebb nyom maradhatott vissza egykori felszíni viszonyaiból, mint a Földön. Ha tehát kialakult az élet a Marson, keletkezési körülményei sokkal jobban nyomozhatók, mint a földi élet esetében.

Eddig csak a Viking űrszondák végeztek biológiai kísérleteket a Marson (NASA)

Biológiai csúcsműszer a következő roveren

Az elmúlt évek biológiai és biokémiai kutatásainak eredményeként ma már készíthető olyan műszer, amellyel a fentiek igazolásához szükséges vizsgálat a Marson végrehajtható. A Curiosity főleg kémiai jellegű méréseket fog végezni, a kifejezetten biológiai vizsgálatokat csak későbbi űrszondákra tervezik. Ezek között az egyik legérdekesebb feladat a DNS keresése. Az ehhez szükséges műszer legkorábban 2018-ban indulhat a vörös bolygó felé, addig többek között az Atacama-sivatag kietlen vidékein fejlesztik (lásd a képet jobbra egy tesztroverrel). Ez a detektor nem aktív élettevékenységet mutatna ki, hanem élettevékenységre utaló nyomokat - ha a marsi életformák erősen hasonlítanak a földiekre.

Teszt az Atacama-sivatagban

Ebből a célból Maria Zuber (Michigan Institute of Technology) és kollégái a DNS és az RNS azonosítására alkalmas berendezést fejlesztenek ki. Az általuk készített SETG detektor neve a Search for Extra-Terrestrial Genomes, azaz Földön kívüli genomok keresése kifejezésből képzett mozaikszó. A műszer nemcsak keresni és azonosítani, hanem részletesen vizsgálni is tudja a DNS-t, így ki tudják majd zárni a földi szennyezés hatását.

A tesztek során a marsi anyagmintát vízben feloldják, majd úgynevezett polimeráz láncreakciót próbálnak végrehajtani. Ha DNS van a mintában, akkor a molekulái megsokszorozódnak, és fluoreszcenciás módszerrel már könnyen kimutathatók. A mérések során az úgynevezett 16S riboszomális RNS-egység áll a középpontban, amely a sejtek riboszómáiban lévő RNS-molekulák szerkezetét kódolja. Génszekvencia-elemzéssel meghatározható, pontosan hol is helyezkedik el az adott életforma az evolúciós törzsfán.

Ha az esetleg megtalált marsi élet vagy annak nyoma a földivel közös eredetű, akkor a fenti elemzés meg fogja mutatni, körülbelül milyen korai kettőjük kapcsolata, illetve mikor történt a szétválás a két bioszféra között. A mérés során fontos feladat az esetleges földi szennyeződések azonosítása és kiszűrése. Ha a vizsgált 16S szekvencia a Földön ismert törzsfa alsó részéhez kapcsolható, akkor a közös ősi eredet valószínűsíthető. Ha azonban a vizsgálat eredménye fiatalabb, sokkal később kialakult baktériumokhoz hasonló szekvenciát mutat, akkor földi eredetű szennyeződést mért a műszer. A vizsgálatot egy speciális, úgynevezett mikrofluid chip segítségével végzik, amelynek mérete és tömege csekély.

Bolygóvédelem

A planetary protection, magyarul bolygóvédelem manapság fontos szempont az űrszondák és kísérleteik tervezésekor. Ide tartozik annak a módszernek és protokollnak a kidolgozása, amelynek megfelelően kezelik majd az első Marsról származó és a Földre hozott mintát. A szakemberek továbbá el akarják kerülni a földi eredetű mikrobák behurcolását a Marsra, egyrészt, hogy megelőzzék ottani elterjedésüket (bár a mai ismeretek alapján a felszínen erre kicsi az esély), másrészt mert meg is hamisíthatnak egy marsi életkereső mérést.

A tervezett műszerrel a Mars ősi anyagából, a felszín alatti térségből vett mintát elemeznének. A berendezés által nyújtott ismeret akár a jövőben tervezett emberes Mars-utazás szempontjából is fontos lehet. Tudni kell ugyanis, hogy léteznek-e a bolygón olyan ősi életformák maradványai, esetleges túlélői, amelyek a földi élőlényekhez és az űrhajósokhoz hasonló biokémiát használnak, és elméletileg akár "meg is fertőzhetik" őket. A fentiekben vázolt műszer emellett abban is segít, hogy megállapítsák, mennyire szennyezi be egy ilyen expedíció földi eredetű, például elhalt biogén anyaggal a marsi környezetet.

A DNS azonosításához szükséges 2x2 centiméteres chip (balra) és terepi tesztelése a Copahue vulkán rendkívül savas (pH=1), Rio Agrio nevű vízfolyásánál (Ruvkin, Brophy)

A berendezést a következő három évben az argentin Copahue vulkán, illetve az antarktiszi szárazvölgyek területén tesztelik, és a tervek alapján a legkorábban 2018-ban indulhat a Mars felé. Egyes kutatók azonban szkeptikusak, és azt hangoztatják, előbb egyszerűbb életnyomokat kellene találni a bolygón, és csak aztán lenne érdemes DNS-t keresni. Az is fontos ellenérv, hogy a DNS hosszú időskálán tekintve nem stabil, míg sok más biomolekula tovább megmarad. Gyakran például az aminosavak úgynevezett kiralitását fontosabb mérési célként említik, mert ez sokkal tovább maradhat fent a marsi környezetben, mint a DNS. (A kiralitás a molekulák térbeli szerkezetével kapcsolatos. Két molekula összetétele pontosan megegyezhet egymással, miközben térben nem hozhatók fedésbe, mivel egymás tükörképei, akárcsak a bal és a jobb kéz.) A földi élőlények az úgynevezett balkezes aminosavakat preferálják, és ez a tulajdonság a Marson egyszerűbben lenne vizsgálható, mint a DNS esetleges jelenléte.

A DNS-azonosításon dolgozó kutatók azzal érvelnek, hogy speciális műszerük akár egyetlen DNS-molekulát is ki tud mutatni, miközben az egyéb biogén anyagokat kereső módszerek detektálási határa sokkal magasabb. A fejlesztés alatt álló műszer jelenleg nem nagyobb egy cipősdoboznál, és a tervek alapján ennél sokkal kisebb méretben is elkészíthető lesz, tehát nem lenne nehéz elhelyezni valamelyik jövőben induló roveren. Ugyanakkor azt elismerik a módszert fejlesztő kutatók is, hogy ha a marsi élet egyszer már kihalt, akkor feltehetőleg ma már nem találnak erre utaló DNS-t.