Многие научно-фантастические сюжеты вращаются вокруг инопланетной жизни, достигающей Земли и создающей здесь проблемы. В фильме «Вторжение похитителей тел» инопланетные капсулы прибывают на Землю и заменяют людей. В фильме «Нечто» инопланетное существо, меняющее форму, захватывает антарктическую исследовательскую базу и начинает убивать людей. Эти истории, несомненно, пугают и волнуют зрителей, но их легко отбросить как маловероятные.
Однако в фильме «Жизнь» одноклеточная инопланетная форма жизни попадает в образец с Марса и быстро эволюционирует в опасное враждебное существо. Хотя быстрая эволюция кажется маловероятной, предпосылка не является полностью надуманной: марсианские образцы могут содержать микробную жизнь, и с ними нужно обращаться осторожно.
В ближайшее десятилетие или около того марсианские образцы будут доставлены на Землю. Учёные надеются, что по прибытии эти образцы послужат убедительным доказательством существования жизни на Марсе. Но что, если образцы реально содержат настоящую жизнь? Если марсианская жизнь вступит в контакт с земной, это может привести к катастрофе.
Поэтому мы должны быть уверены, есть ли в этих образцах что-то живое. Группа исследователей разрабатывает строгие методы сканирования таких образцов и определения наличия в них чего-либо живого.
Их метод представлен в исследовании под названием «Субмикронное обнаружение микробов и смектита из внутренней части базальтового образца, аналогичного марсианскому, с помощью оптико-фототермической инфракрасной спектроскопии». Ведущий автор работы — Йохей Судзуки, доцент кафедры наук о Земле и планетах Токийского университета.
«Для ближайших миссий, запланированных для возвращения образцов с Марса (MSR), международная рабочая группа, организованная Комитетом по космическим исследованиям (COSPAR), разработала систему оценки безопасности образцов (SSAF)», — объясняют авторы в своей статье. «Для подготовки к MSR аналитические инструменты с высокой чувствительностью должны быть протестированы на эффективных материалах-аналогах Марса».
Возможная миссия по возвращению образцов с Марса классифицируется COSPAR как «ограниченное возвращение на Землю категории V». Это означает, что любые нестерилизованные образцы должны храниться в строго контролируемом закрытом окружении и с ними необходимо работать только при помощи самых чувствительных аналитических техник. Для этого и была разработана система оценки безопасности образцов (SSAF).
«SSAF нацелен на живые организмы, их состояния покоя (например, споры, цисты) или их останки в марсианских материалах», — поясняют Судзуки и его соавторы в своём исследовании. «Предварительный уровень гарантии безопасности — это риск с вероятностью 1 к миллиону не обнаружить жизнь, если она присутствует». Единственный способ приблизиться к этому уровню — изучить земные аналоги марсианских пород.
Земля и Марс — планеты, дико отличающиеся друг от друга во многих отношениях, но они схожи по своему основному составу. Они имеют общие основные элементы, такие как кислород, кремний, железо и магний. Они также имеют общие силикатные минералы, такие как оливин, и глинистые минералы, такие как смектиты, хотя Земля отличается большей сложностью минерального состава. Это говорит о том, что поиск земных аналогов для марсианских образцов не является непреодолимой проблемой.
В своём исследовании Судзуки и его коллеги выбрали базальт в качестве аналога Марса. Базальт распространён в обоих мирах и известен тем, что на Земле в нём обитает микробная жизнь. Аппарат «Perseverance» уже взял пробы базальта на дне кратера Джезеро. «Два образца базальта с водной альтерацией, обнаруженные в кратере Джезеро марсоходом «Perseverance», планируется вернуть на Землю», — пишут исследователи.
В предыдущем исследовании учёные разработали методы изучения базальта и обнаружения микробной жизни. Эти методы были основаны на наноразмерной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS) и электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектроскопией. Авторы пишут, что эти методы «выявили микробную колонизацию в трещинах, заполненных глиной». Однако эти методы относятся к разрушающим методам исследования. Когда образцы поступают с другой планеты, которая проводит большую часть своего времени на расстоянии почти 150 миллионов километров от нас, их нелегко заменить, и обращаться с ними нужно осторожно.
В новом исследовании Судзуки и его соавторы работали над неразрушающими методами тестирования. Они сосредоточились на оптико-фототермической инфракрасной спектроскопии (O-PTIR) — неразрушающем методе с более высоким пространственным разрешением. O-PTIR — относительно новый и мощный аналитический метод. Он использует тот факт, что когда образец поглощает свет, он нагревается, изменяя свои преломляющие свойства. Кроме того, O-PTIR требует минимальной подготовки образца.
«Сначала мы испытали обычные аналитические приборы, но ни один из них не смог обнаружить микробные клетки в 100-миллионнолетней базальтовой породе, которую мы используем в качестве марсианского аналога. Поэтому нам нужно было найти достаточно чувствительный прибор для обнаружения микробных клеток, причём в идеале — неразрушающим способом, учитывая редкость образцов, которые мы можем вскоре увидеть», — говорит ведущий автор исследования Судзуки в пресс-релизе. «Мы придумали оптическую фототермическую инфракрасную (O-PTIR) спектроскопию, которая с успехом применялась там, где другие методы либо не отличались точностью, либо требовали слишком сильного разрушения образцов».
Хотя образцы для O-PTIR не измельчаются и не разрушаются другими методами, с них необходимо снять внешние слои и нарезать на кусочки толщиной всего 100 мкм. Хотя это и изменяет образец, но оставляет много материала нетронутым и доступным для других аналитических методов и инструментов, даже тех, которые ещё не разработаны. Разрешение O-PTIR составляет 0,5 мкм, что достаточно для того, чтобы определить, содержит ли образец живую ткань.
Авторы сообщают, что их анализ заполненных глиной трещин в земном базальте позволил получить «спектры in-situ, диагностирующие микробные клетки, что согласуется с ранее опубликованными данными, полученными с помощью NanoSIMS».
«Мы продемонстрировали, что наш новый метод может обнаружить микробы в 100-миллионнолетней базальтовой породе. Но нам необходимо расширить сферу действия прибора на более древние базальтовые породы, возрастом около 2 миллиардов лет, подобные тем, которые уже были взяты марсоходом „Perseverance“», — говорит Судзуки. «Мне также необходимо протестировать другие типы пород, такие как карбонаты, которые распространены на Марсе, а на Земле часто содержат жизнь. Сейчас захватывающее время для работы в этой области. Возможно, пройдёт всего несколько лет, прежде чем мы сможем наконец ответить на один из величайших вопросов, которые когда-либо задавались».
