Pátrání po stopách života na Marsu

Pátrání po životě, nebo po stopách minulého života ve vesmíru, patří k naprosto vzrušujícím dobrodružstvím současné vědy. Jeden z našich odborníků na tuto problematiku, geochemik Jan Jehlička z Ústavu geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů nedávno se svými spolupracovníky zásadně přispěl k praktické přípravě aplikace Ramanovy spektrometrie pro budoucí mise na Mars.

Jan Jehlička z Ústavu geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů PřF UK je společně s kolegou  Howellem Edwardsem z Univerzity v Bradfordu spolueditorem a také autorem několika článků v jednom z nejprestižnějších světových vědeckých časopisů, ve Filosofických rozpravách Královské společnosti (Philosophical Transactions of Royal Society A). Tento časopis, založený v roce 1655, je nejstarším vědeckým časopisem světa: vydával již díla Isaaca Newtona.

Povrch pouště Mojave je na mnoha místech pokryt vrstvou různých solí a je tak ideální pro pátránjí po výskytu halofilních organismů. Foto: Petr Vítek

Monotematické číslo tohoto časopisu bylo tentokrát věnováno možnostem využití jedné ze spektroskopických metod analytické chemie, tzv. Ramanovy spektroskopie, pro exobiologické výzkumy. Tento typ spektrometru je žhavým kandidátem v sadě přístrojů, s jejichž pomocí by měly Rudou planetu prozkoumávat budoucí mobilní laboratoře. Na své palubě by jej měl nést i připravovaný rover, jehož cesta k Marsu v rámci projektu ExoMars je plánována na rok 2018. Tato exobiologická  mise je společným projektem Evropské vesmírné agentury (ESA) ve spojení s ruským Roskosmosem, podobné plány má však i americká NASA. 

Před započetím nesmírně nákladných misí je zapotřebí pečlivě zodpovědět řadu zásadních otázek. Problém, jak objevit stopy po životě na některém z vytipovaných těles sluneční soustavy (vedle Marsu jsou objekty zájmu zejména Jupiterův měsíc Europa a Saturnovy měsíce Titan a Enceladus), je možné rozložit do několika otázek dílčích. Na některé z nich se snaží odpovědět jednotlivé studie zmíněného tématického čísla časopisu Philosophical Transactions of Royal Society A.

Chilská poušť Atacama je místem mnoha klimatických extrémů a je proto velmi vhodým marsovským analogem. Foto: Petr Vítek

Řadu studií a dílčích výzkumů je nezbytné ale i vhodné provádět předběžně v pozemských podmínkách, tam, kde se daří přežívat organizmům, které odolají naprosto nepříznivým chemickým anebo fyzikálním podmínkám. Významné výzkumy jsou prováděny mnoha skupinami v podmínkách extrémních, kde přežívají halofilové, acidofilní organizmy, psychrofilové anebo ty, které odolávají zvýšenému ozáření ultrafialovým zářením. K takovým oblastem patří například suchá údolí McMurdo v Antarktidě a či poušť Atacama v Chile.“Extremofilové žijí na Zemi po miliardy let. Pochopení jejich strategií přežití a přizpůsobení nám napomůže posoudit, jak mohou podobné organismy přežít v extrémních mimozemských prostředích, jaká existovala v minulosti také na Marsu,” vysvětluje geochemik Jan Jehlička.

Pátrání po životě na vzdálených tělesech má technické, technologické, výzkumné, terénní, laboratorní i teoretické aspekty. Mise by neměla smysl bez toho, aby byly předem vytipovány látky, které mohou bez jakékoliv pochybnosti sloužit jako stopy po činnosti organizmů (biomarkery). Takové látky, které se v Ramanovských spektrech projevují specifickými signály, je třeba jednoznačně odlišit nejen od všudypřítomného “šumu” ale také od signálů jiných organických sloučenin, které mohou být i abiogenní. Této problematice se věnuje úvodní článek čísla (Biomarkers and their Raman spectroscopic signatures: a spectral challenge for analytical astrobiology).

Poušť Atacama je jedním z nejsušších míst na zemském povrchu. Foto: Petr Vítek

Další práce jsou zaměřeny na posouzení toho, jaké jsou nejdůležitější argumenty pro použití právě Ramanovy spektrometrie pro tuto oblast a jaké jsou její zásadní výhody (např. příspěvek „Raman spectroscopy on Mars: „Identification of geological and bio-geological signatures on Martian analogues using miniaturized Raman spectrometers“ kolegů pod vedením Iana Hutchinsona a také jaké mohou být hranice metody „Potential and limits of Raman spectroscopy for carotenoid detection in microorganisms: implications for astrobiology“  Jana Jehličky a dalších.

Pátrání po vhodných kandidátech na nezaměnitelné “podpisy” života zavedlo vědce k výzkumu organizmů, povětšinou bakterií, které se na Zemi vyskytují v extrémních podmínkách. Mezi ně patří halofilové, o nichž pojednává přehledový příspěvek mikrobiologa Aharona Orena (Halophillic archaea on Earth and in space: growth and survival under extreme conditions).

Jelikož se rover ani přístroje, které ponese, nebudou vracet zpět k Zemi, musí být miniaturní Ramanův spektrometr schopen analýzy vzorků přímo na místě (in situ). Některé příspěvky se věnují testování miniaturních přístrojů pro detekci klíčových biomarkerů v takových podmínkách – zatím na Zemi (např. studie týmů vedených Adamem Culkou nebo Petrem Vítkem z naší fakulty). Tyto týmy se zabývají otázkou, zda miniaturizované Ramanovské přístroje budou schopny detekovat tyto biomolekuly v horninových materiálech z odpařovacích nádržích solanek v Eilatu anebo z pouští Atacama a Mojave. 

A konečně posledním důležitým úkolem je vybrané molekuly předem správně spektroskopicky charakterizovat, vytvořit jejich seznam a atlas interpretovaných spekter, jehož prostřednictvím bude možné měření zasílaná mobilním výzkumným zařízením správně identifikovat. Ke zkoumaným látkám patří například pigmenty, které bakteriím buď napomáhají při fotosyntéze anebo jim umožňují odstínit vysoké dávky UV záření (na pigment scytonemin se zaměřuje teoretická studie Terezy Varnali a Howella Edwardse).

Autoři:

  , Michal Andrle

Zdroj:  natur.cuni.cz

Náhledy abstraktů celého monotematického čísla časopisu Philosophical Transactions of Royal Society A, který je věnován využítí Ramanovy spektroskpie pro exobiologické výzkumy, si můžete prohlédnout  ZDE.