חומר אורגני ומחזור מתאן על מאדים. סימני חיים?

גילוי חיים מחוץ לכדור הארץ היא אחת השאיפות המרכזיות של חוקרי חלל, ואחד היעדים העיקריים של המאמץ המחקרי הרב המושקע בשנים האחרונות בכוכב הלכת השכן. כעת, ניתוח ממצאים מרכב השטח הפועל על פני מאדים בשש השנים האחרונות, מספק עוד נתון המסעיר את דמיונם של מדענים הסבורים שיש חיים על כוכב הלכת האדום – שינויים עונתיים בריכוז של גז מתאן, שעשוי להגיע ממקור ביולוגי.

תנאים טובים למתאימים

למאדים יש לכאורה פוטנציאל רב לאפשר קיומם של חיים, כמו שאנו מכירים אותם. יש לו אטמוספרה, גם אם דלילה מאוד בהשוואה לשלנו, והוא קרוב יחסית אל השמש, כך שהטמפרטורות ולחץ האוויר על פניו מאפשרים לעתים קיומם של מים נוזלים. ממדידות של לוויינים ורכבי שטח על מאדים אכן מצאו קרח-מים (H₂O) בכמויות גדולות. גם תבניות גיאולוגיות כמו עמקים וערוצי נהרות יבשים מצביעות על זרימה משמעותית של מים בעבר הרחוק של כוכב הלכת. ייתכן אפילו שמפולות חוזרות ונשנות במכתשי מאדים הן עדויות לזרימת מים גם בימינו, אך יש ממצאים סותרים בעניין זה.

החיים על כדור הארץ אמנם זקוקים למים, אבל קיום מים אינו מצביע בהכרח על קיום חיים. מדענים הצביעו על חומר אחר שיצורים חיים מייצרים בכמויות גדולות, ולכן יכול לספק עדות מוצלחת לקיומם - גז מתאן. המולקולה המורכבת מאטום פחמן הקשור לארבעה אטומי מימן (CH₄), היא במקרים רבים תוצר של פעילות חיידקים, למשל בשדות אורז או במעיים של בהמות (וגם של בני אדם) וזיהוי שלה על מאדים מעורר את המחשבה שחיידקים כאלה יכולים להימצא גם שם.

ב-15 השנים האחרונות זיהו חוקרים מתאן על מאדים כמה פעמים ומדדו את ריכוזו במקומות מסוימים. ואולם, בכל המדידות החוזרות באותם מקומות נמצא כי המתאן מופיע ונעלם. כלומר עננת מתאן משתחררת מפני השטח ומתבדרת באטמוספרה באופן לא סדיר.

פתרון אפשרי לתעלומה הוא פגיעת מטאוריטים עשירים בפחמן שמקורם בשביטים. פגיעה כזו משחררת מתאן מהמטאוריט, בעקבות התגובה בין הפחמן לקרינה העל-סגולה של השמש. מכיוון שפגיעות המטאוריטים בפני מאדים אקראיות, כך גם התפרצויות המתאן אינן סדירות. יש עוד מקורות מתאן אפשריים שאינם ביולוגיים אלא גיאולוגיים, כמו תהליכים כימיים שעוברים על בזלת וסלעים אחרים שיש על מאדים. לכן הדיון האקדמי לגבי מקור המתאן על מאדים נמצא בשיאו, והשאלה הגדולה היא כמובן אם הוא מעיד על קיום של חיים.

סרטון קצר של נאס"א על רכב השטח קיוריוסיטי:

שינויים עונתיים

כעת, התוסף פרט נוסף לפאזל שהחוקרים מנסים להרכיב. במסיבת עיתונאים בעקבות פרסום מאמר בכתב העת Science דיווחו מדענים מנאס"א וחוקרים המעורבים בפעילות של רכב השטח קיוריוסיטי – הפועל כבר כמעט שש שנים על פני מאדים – כי מכשירי מדידה של הרכב זיהו רמת בסיס של מתאן על מאדים ברמה של 0.4 חלקיקים למיליארד – כלומר מתוך כל 10 מיליארד מולקולות ואטומים באטמופסרה הקרובה לפני השטח של מאדים – ארבע הן מולוקולות מתאן. מעבר לכך, רכב השטח קיוריוסיטי מדד שינוי מחזורי בשכיחות של המתאן והחוקרים זיהו מתאם בין השינוי הזה לעונות השנה של מאדים.

כמו בכדור-הארץ, גם במאדים יש הבדלי טמפרטורות מחזוריים בין חציו הצפוני לדרומי, בגלל הטיה של ציר הסיבוב שלו. עונות השנה על המאדים גורמות לעננים של פחמן דו-חמצני (CO₂), המרכיב העיקרי באטמוספירה הדלילה של מאדים, להתאדות בחצי החם, לנדוד אל החצי הקר ולקפוא שם. מכיוון שטמפרטורת הקיפאון של מתאן נמוכה בכ-100 מעלות צלזיוס מזו של פחמן דו-חמצני, המתאן אינו קופא בחורף, ולכן לא מפתיע ששכיחותו באטמוספרה עולה כאשר הפחמן הדו-חמצני קופא, ושכיחותו יורדת כאשר הפחמן הדו-חמצני מתאדה שוב בקיץ. אבל החוקרים מצאו שהשינוי בשיעור המתאן נע בין 0.3 ל-0.7 חלקיקים למיליארד, ולפי נתונים שהם הציגו בכנס מדעי לפני כמה חודשים, השינוי הזה גבוה פי שלושה משיעורו הצפוי בגלל מחזורי האידוי והקפיאה של הפחמן הדו-חמצני. מכאן הם הסיקו שיש מקור עונתי נוסף לשינוי המחזורי בריכוזי המתאן על מאדים.

השינויים העונתיים בריכוז המתאן על פני מאדים כפי שהתגלו במדידות קיוריסיטי | מקור: NASA / JPL

יותר שאלות מתשובות

העובדה שיש רמה בסיסית של מתאן ושחלים בה שינויים עונתיים סותרת את התיאוריה כי מטאוריטים הם המקור העיקרי של המתאן, במכיוון שכאמור זו תופעה אקראית, ואין לה מחזוריות עונתית. השינוי העונתי גם לא עולה בקנה אחד עם חלק מהתיאוריות בדבר יצירה גיאולוגית של המתאן. לעומת זאת, השינוי העונתי עשוי להתאים יותר ליצירה ביולוגית של המתאן, מכיוון שמניסיוננו על כדור-הארץ, יצורים חיים מושפעים מאוד מעונות השנה ומהשינוי המחזורי בטמפרטורות.

האם מחזור המתאן על מאדים אכן יכול לספק עדות עקיפה לחיידקים השוכנים מתחת לפני השטח, ופולטים גז מתאן? קפיצה למסקנה הזו על סמך הממצאים עשויה להיות קצת נמהרת. ראשית, יש לשים לב שהחוקרים מדדו שינוי בריכוז המתאן, לא בכמות המוחלטת שלו, וגם אם שינוי הריכוז גבוה מהצפוי על פי השינוי העונתי בריכוזי הפחמן הדו-חמצני, אפשר שיש לו הסבר מקומי אחר.

שנית, אם אכן מדובר בחיידקים, היינו מצפים שהם יהיו פעילים יותר בחודשי הקיץ החמים ויפלטו פחות מתאן בחודשי החורף, אבל הממצאים דווקא הפוכים – רמות המתאן עולות בעונה הקרה ויורדות כשהאוויר מתחמם. כדי ליישב את הבעייתיות הזו החוקרים מציעים פתרון אפשרי – של הסטה בלוח הזמנים. כלומר, המתאן שפולטים החיידקים מצטבר מתחת לקרקע בעונה החמה ונפלט לאוויר עם ירידת הטמפרטורה. פתרון כזה אמנם נשמע מאולץ, אבל אי אפשר בינתיים לשלול אותו על הסף.

כדאי לציין עוד שהמדידה של רכב השטח קיוריוסיטי היא מקומית מאוד – במשך שש שנות פעילותו על מאדים נסע הרכב רק כ-18 קילומטרים, גם זה לא בקו ישר, ולא יצא מתחומי מכתש גייל (Gale), מעט מדרום לקו המשווה של מאדים. על סמך מדידה כזו קשה מאוד להסיק מסקנות גורפות לגבי שאר כוכב הלכת. לזכות המחקר יש לציין עם זאת שאף על פי שמדובר בריכוזים נמוכים מאוד, הממצאים עקביים ונראה כי השינוי ברמת המתאן אכן מופיע שנה אחרי שנה.

האם ממצאי המחקר הנוכחי מעידים על קיום חיים על מאדים? עדיין לא. הם מצביעים על תופעה מעניינת, אך נזהרים – ובצדק – מקביעה כי אכן מדובר על סימן חיים. יש כמה הסברים אפשריים לשינויים בריכוז המתאן, ופעילות חיידקים היא אחד מהם, אך לאו דווקא הסביר ביותר. כדי להוכיח שאכן יש חיים על מאדים נזדקק לעדויות חזקות יותר, ואולי נקבל אותן מאחת המשימות הבאות, שאמורות גם לקדוח באדמתו של כוכב הלכת האדום.

סימני נפט

במחקר מקביל שפורסם גם הוא בכתב העת Science, מדווחים ג׳ניפר אייגנברוד (Eigenbrode) ועמיתיה כי המעבדה של קיוריוסיטי זיהתה מולקולות נוספות במכתש גייל שגם הן יכולות להיווצר בתהליכי חיים. מולקולות אלו מבוססות על שרשראות וטבעות של פחמן, גופרית ומימן, כוללות למשל תיופן (Thiophene) מולקולה הנוצרת בכדור-הארץ במצבורי נפט כתוצאה מפירוק של יצורים אורגניים תחת שכבה של סלעי משקע. רכב החלל עשה כמה קידוחים קטנים קידוחים במכתש גייל, שגילו נאמד בכ-3.5 מיליארד שנה, ולפני שנים מספר התגלו בו שכבות של אבן-בוץ, שנוצרו משקיעה של חרסיות בתוך מים.

החוקרים מעריכים כי את המכתש מילא בעבר אגם ולכן הוא מקום מוצלח לחפש בו חיים או שרידים שלהם. עם זאת, החוקרים אינם יכולים לקבוע אם מקורן של המולקולות האורגניות שנמצאו הוא ביולוגי או גיאולוגי. הדגימות שאספה קיוריוסיטי חוממו למאות מעלות צלזיוס במעבדה ניידת על גבי רכב השטח, והגזים שהשתחררו הראו ריכוז זעיר, אבל ברור של המולקולות האורגניות. התנאים על פני כוכב הלכת לא מאפשרים למולקולות האורגניות לשרוד על-פני השטח לאורך זמן, ולכן החוקרים סבורים שמתחת לקרקעית המכתש מסתתרות מולקולות אורגניות נוספות, וייתכן שהכמויות שלהן גדולות הרבה יותר.

קיוריוסיטי לא זיהה את מקור המולקולות האורגניות", אמרה אייגנבורד במסיבת העיתונאים של נאס"א. "אנו לא יודעים אם החומרים האלה הם תיעוד של חיים קדומים, שימשו מזון לחיים כאלה או שהתקיימו בהעדר חיים, אבל חומרים אורגניים באדמת מאדים צופנים בחובם רמזים כימיים על התנאים ששררו בעבר על כוכב הלכת ועל התהליכם המתרחשים בו".

המדריך למכתש גייל: סרטון של מעבדת ההנעה הסילונית (JPL) בנאס"א על היווצרות המכתש: