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 убедительны�� 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 дл�� 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 „Персеверанс“, — 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».
