Кіріспе
1976 жылы екі бірдей «Викинг» бағдарламасының қондырғылары Марстың бетіне әрқайсысы төрт түрлі биологиялық эксперимент алып келді. Марсқа сәтті қонған алғашқы «Викинг-1» және «Викинг-2» қондырғылары Марстағы микроорганизмдердің тіршілік белгілерін анықтау үшін тәжірибелер жүргізді. Қондырғылар әрқайсысы роботты қолды пайдаланып топырақ үлгілерін алып, ғарыш аппаратындағы герметикалық сынақ контейнерлеріне салды. Екі қондырғы да Марс бетіндегі екі әртүрлі жерде – «Викинг-1» экваторға жақын, ал «Викинг-2» солтүстікке қарай – бірдей сынақтарды жүргізді.
In 1976 two identical Viking program landers each carried four types of biological experiments to the surface of Mars. The first successful Mars landers, Viking 1 and Viking 2, then carried out experiments to look for biosignatures of microbial life on Mars. The landers each used a robotic arm to pick up and place soil samples into sealed test containers on the craft. The two landers carried out the same tests at two places on Mars' surface, Viking 1 near the equator and Viking 2 further north.
Тәжірибелер
Төмендегі төрт тәжірибе Viking екі қондырғысы жүргізген реті бойынша ұсынылған. Viking бағдарламасының биология тобының жетекшісі Гарольд П. Клейн (NASA Ames) болды.
Газдық хроматограф массалық спектрометр
Газ хроматографы — массалық спектрометр (GCMS) — газ хроматографы арқылы бу тәрізді компоненттерді химиялық жолмен бөліп, нәтижені массалық спектрометрге жіберіп, әр химиялық заттың молекулалық салмағын өлшейтін құрылғы. Ол көптеген химиялық заттарды бөліп, анықтап, мөлшерлеуге мүмкіндік береді. GCMS (PI: Klaus Biemann, MIT) өңделмеген Марс топырағының құрамын, әсіресе топырақ әртүрлі температураға қызғанда бөлінетін компоненттерді талдау үшін қолданылды. Ол молекулаларды миллиардтың бір бөлігінен деңгейінде өлшеуге қабілетті. GCMS Марс топырағында органикалық молекулалардың айтарлықтай мөлшерін анықтамады. Шындығында, Марс топырағындағы көміртегі мөлшері Аполлон бағдарламасымен қайтарылған Айдың тіршіліксіз топырағынан да аз екені анықталды. Егер Марстағы бактериялық метаболизмнің Ләбілді шығару экспериментінен алынған оң нәтижелерге жауапты болса, бұл нәтижені түсіндіру қиын болды (төменде қараңыз). 2011 жылғы астробиология оқулығында бұл «көптеген Викинг ғалымдары үшін соңғы шешім – Викинг миссиялары Марс топырағында тіршілік табуға жетпеді» деген қорытындыға келді. 2008 жылы «Феникс» қондырғысы Марс топырағында перхлораттың бар екенін анықтады. 2011 жылғы астробиология оқулығында бұл жаңалықтың маңыздылығы, өйткені «перхлорат LR нәтижелерін қайталауға жеткіліксіз тотықтырғыш (эксперимент жағдайында перхлорат органикалық заттарды тотықтырмайды), бірақ ол жоғары температурада органикалық заттарды тотықтырып, жояды, осылайша Викинг GCMS экспериментінде қолданылған температураға ықпал етеді» деп талқыланды. НАСА-ның астробиологы Крис Маккей, егер Викинг үлгілерінде Феникс сияқты перхлорат деңгейі болса, Марс топырағының органикалық құрамы 0,1%-ға дейін болуы мүмкін еді, тіпті GCMS қайтарған (жалған) теріс нәтиже де шығарған болар еді деп есептейді. Осылайша, Викинг биологиялық эксперименттеріне қатысты қалыпты көзқарас әлі де «тіршілікке дәлел жоқ» деп көрсетсе де, соңғы жылдары «қорытындысыз дәлел» қатысты шамалы өзгерістер байқалды. 2010 жылғы НАСА баспасөз хабарламасында: «Викинг қондырғылары Марс топырағының үлгілерін қыздырғанда анықталған жалғыз органикалық заттар хлорметан және дихлорметан – хлор қосылыстары, сол кезде тазалау сұйықтарынан келген ластану деп есептелді» делінген. Мексиканың Ұлттық автономды университетінің профессоры Рафаэль Наварро Гонсалес басқаратын команданың мақаласында: «осы химиялық заттар олардың жаңа зерттеуінде, Финикстен табылған перхлораттың аздаған мөлшерін Чилидің шөл топырағына, органикалық заттармен бірге қосып, Викингтегідей талдағанда дәл осылай анықталды» делінген. Алайда, 2010 жылғы НАСА баспасөз хабарламасында сондай-ақ: «Викингтен табылған хлорланған органикалық заттар Жерден келген ластану деп түсіндірілуінің бір себебі – олардағы хлордың екі изотопының арақатынасы Жердегі сол изотоптардың үштен бір арақатынасына сәйкес келді. Марстағы арақатынасы әлі нақты анықталған жоқ. Егер ол Жердегіден ерекшеленетін болса, онда бұл 1970 жылдарғы түсіндіруді растайтын болар еді» делінген. Биман Наварро Гонсалес пен Маккейдің мақаласына сын пікір жазды, олар да жауап берді; бұл алмасу 2011 жылдың желтоқсанында жарияланды. 2021 жылы Марстағы хлор изотоптарының арақатынасы «Трейс Газ Орбиталы» арқылы өлшенді және Жердегі арақатынастан ешқандай айырмашылық жоқ екені анықталды, GCMS нәтижелерін түсіндіруді қорытындысыз қалдырды.
Газ алмасу
Газ алмасу (GEX) эксперименті (PI: Vance Oyama, NASA Ames) инкубацияланған топырақ үлгісінен бөлінетін газдарды анықтау үшін, ең бастысы Марс атмосферасын инертті гелий газымен алмастырды. Топырақ үлгісіне органикалық және минералдық қоректік заттар мен толықтырулардан тұратын сұйық қоспа қолданылды, біріншіде тек қоректік заттар, содан кейін су да қосылды.
Таңбаланған шығарылым
Лейблделген шығарылым (LR) эксперименті (авторы: Gilbert Levin, Biospherics Inc.) экзобиологтар үшін ең үміт беретін болды. LR экспериментінде Марс топырағының үлгісіне өте аздаған мөлшердегі сулы қоректік ерітінді қосылды. Қоректік заттар (Миллер-Юри өнімдерінің 7 молекуласы) радиоактивті 14C изотопымен белгіленді. Топырақтың үстіндегі ауада радиоактивті 14CO2 (немесе басқа көміртегі негізді) газының пайда болуы бақыланды, бұл топырақтағы микроорганизмдердің бір немесе бірнеше қоректік заттарды метаболизмдегенін көрсетеді. Мұндай нәтижеге қол жеткізілсе, төменде сипатталған PR экспериментінің бақылау бөлігін жүргізу қажет еді. Нәтиже өте күдікті болды, себебі алғашқы екі сынақ теріс нәтиже көрсеткенімен, бірінші инъекциядан кейін топырақтан үздіксіз радиоактивті газ шықты. Эксперимент екі «Викинг» зымырандық кемесімен жүргізілді, біріншісі күн сәулесіне ұшыраған жер бетінен алынған үлгіні пайдаланды, ал екіншісі тас астынан алынған үлгіні алды; екі бастапқы инъекция да оң нәтиже берді. Кейіннен 10°C температурада бірнеше ай сақталған үлгі сынақтан өткізілді, нәтижесінде радиоактивті газдың шығарылуы айтарлықтай төмендеді. 2000 жылғы CNN мақаласында: «Көптеген әріптестері басқаша пікір білдіргенімен, Левин 1976 жылғы «Викинг» зымырандық кемесіндегі роботтық сынақтары Марста тірі организмдердің бар екенін көрсеткенін қатаң түрде айтады» делінген. 2006 жылғы астробиология оқулығында: «Стерильденбеген Жер үлгілерімен, бастапқы инкубациядан кейін қоректік заттардың қосылуы ұйықтап жатқан бактериялардың жаңа тамақ дозасын тұтыну үшін белсенділенуіне байланысты одан да көп радиоактивті газ шығаруы мүмкін. Бірақ бұл Марс топырағына қатысты емес; Марстағы қоректік заттардың екінші және үшінші инъекциясы белгіленген газдың одан әрі шығуына әкелмеді» делінген. Сол оқулықтың 2011 жылғы басылымында: «Jet Propulsion Laboratory-ден Альберт Йен өте суық және құрғақ жағдайда, көмірқышқыл газы атмосферасында ультракүлгін сәулелердің (естеріңізде болсын: Марста озон қабаты жоқ, сондықтан беткі жағы ультракүлгін сәулелерге толы) көмірқышқыл газын топырақпен реакцияға түсіріп, әртүрлі тотықтырғыштарды, соның ішінде өте реактивті супероксидтерді (O2− құрамындағы тұздар) тудыруға болатынын көрсетті. Ұсақ органикалық молекулалармен араласқанда супероксидтер оларды көмірқышқыл газына тез тотықтырады, бұл LR нәтижесін түсіндіруге болады. Супероксид химиясы LR экспериментінде топыраққа қосымша қоректік заттар қосылған кездегі түсініксіз нәтижелерді де түсіндіруге болады; өмір көбейгендіктен, екінші немесе үшінші қоректік заттар партиясы қосылғанда газдың мөлшері артуы керек, бірақ егер әсер бірінші реакцияда тұтынылған химиялық затқа байланысты болса, жаңа газ күтілмейді. Соңында, көптеген супероксидтер салыстырмалы түрде тұрақсыз және жоғары температурада жойылады, бұл LR экспериментіндегі «стерильдеу» құбылысын да түсіндіреді». 2012 жылдың 12 сәуірінде Левин мен Патрисия Энн Страатты қоса алған халықаралық команда 1976 жылғы «Викинг» миссиясының «Лебелд Рилэйс» эксперименттерінің кластерлік талдауы арқылы математикалық болжамдарға негізделген «Марста микробтық өмірдің бар екендігін» анықтаған рецензияланған мақала жариялады.
Пиролитті босату
Пиролиттік босату (PR) эксперименті (Жетекші зерттеуші: Норман Хоровиц, Калтех) жарық, су және көміртек монооксиді (CO) мен көміртек диоксиді (CO2) бар көміртек қамтитын атмосфераны пайдаланудан тұрды, бұл Марстағы жағдайды имитациялады. Көміртекті газдер көміртек-14 (14C) – көміртек изотопының ауыр, радиоактивті түрінен жасалды. Егер фотосинтезге қабілетті организмдер болса, олардың көміртегіні көміртегіні байланыстыру процесі арқылы биомассаға айналдыратыны болжалды, дәл сияқты Жердегі өсімдіктер мен цианобактериялар істейтінідей. Бірнеше күндей инкубациядан кейін эксперимент газды алып тастады, қалған топырақты 650 °C (1200 °F) температурада қыздырып, түзілген заттарды радиоактивтілікті өлшейтін құрылғыға жинады. Егер 14C биомассаға айналса, ол қыздыру кезінде буланып, радиоактивтілік санауыш оны тіршілік белгісі ретінде анықтар еді. Позитивті нәтиже алынған жағдайда, сол топырақтың тағы бір үлгісі "стерильдеу" үшін қыздырылар еді. Одан кейін ол бақылау ретінде сыналып, егер ол алғашқы нәтижеге ұқсас белсенділікті көрсетсе, онда бұл белсенділіктің химиялық сипатта екендігінің дәлелі болар еді. Дегенмен, реакцияның болмауы немесе айтарлықтай азаюы биологиялық процестердің болуын көрсетер еді. Осы бақылау үлгісі үш тіршілік іздеу экспериментінің кез келгенінен алғашқы оң нәтиже көрсеткен жағдайда қолданылуға тиіс еді. Viking 1 PR экспериментінің нәтижелеріне жасалған алғашқы бағалауда "нәтижелерді талдау органикалық заттардың шағын, бірақ маңызды мөлшерде түзілгенін көрсетті" делінген, ал стерильденген бақылау үлгісінде органикалық заттардың белгілері табылмады, бұл "нәтижелер биологиялық белсенділікке байланысты болуы мүмкін" екенін көрсетті.
Ғылыми қорытындылар
Органикалық қосылыстар, мысалы, астероидтерде, метеориттерде, кометаларда және Күнді айналатын мұзды денелерде кең таралған, сондықтан Марс бетінде органикалық қосылыстардың ешқандай іздері табылмауы үлкен тосынсыр болды. GC MS жабдығы сөзсіз жұмыс істеді, себебі бақылау сынақтары тиімді болды және ол ұшырылғанға дейін стерильдеу үшін қолданылған тазарту еріткіштеріне байланысты хлордың іздерін анықтады. 2018 жылы GC MS деректері қайта талданды, нәтижесінде органикалық қосылыстардың анықталғаны мүмкін екендігі болжалды, бұл «Curiosity» марсоходынан алынған деректермен сәйкес келеді. Сол кезде, бетте органикалық материалдың толыққанды болмауы биологиялық эксперименттердің нәтижелерін күмәнді етті, себебі осы эксперименттер органикалық қосылыстарға қатысты метаболизмді анықтауға бағытталған болатын. Ғылыми қауымдастықтың жалпы пікірі бойынша, «Viking» миссиясының биологиялық сынақтары әлі де нақты емес және оларды химиялық процестермен түсіндіруге болады. «Labeled Release» экспериментінен оң нәтижелер алынса да, жалпы бағалау бойынша төрт экспериментте алынған нәтижелерді Марс топырағымен окистеуші химиялық реакциялармен түсіндіру оңай. Қазіргі қорытындылардың бірі – Марс топырағы Күннен келетін ультракөк сәулелерге үздіксіз ұшырап (Марста қорғаныш озон қабаты жоқ), өте күшті тотықтырғыш заттың жұқа қабатын қалыптастырған. Күшті окистеуші молекула қосылған сумен оттегі мен сутегін, ал қоректік заттармен көмірқышқыл газын (CO2) түзетін болады. Норман Хоровиц 1965-1976 жылдары «Mariner» және «Viking» миссиялары үшін Реактивтік қозғалыс зертханасының биоғылым бөлімінің басшысы болды. Хоровиц көміртек атомының жоғары бейімділігі оны басқа планеталардағы тіршіліктің сақталуының мәселелеріне, тіпті ерекше шешімдер табуға ең ықтимал элемент етеді деп есептеді. Алайда, ол Марстағы жағдайлардың көміртекке негізделген өмірге үйлеспейтінін де ескерді. 2008 жылдың тамызында «Phoenix» қондырғышы 200°C-тан жоғары температурада күшті тотықтырғыш – перхлоратты анықтады. Бастапқыда бұл жаңлыс оң LR нәтижесіне себеп болды деп ойланды. Алайда, 2010 жылдың желтоқсанында жарияланған эксперименттердің нәтижелері «Viking 1» және «Viking 2» зертханалары зерттеген топырақта органикалық қосылыстардың «болуы мүмкін» екенін көрсетті, себебі 2008 жылы НАСА-ның «Phoenix» қондырғышы органикалық қосылыстарды ыдырата алатын перхлоратты анықтады. Зерттеу авторлары перхлоратты қыздырғанда органикалық заттарды жоятынын және хлорметан мен дихлорметанды қосалқы өнім ретінде бөлетінін анықтады, ал осы хлорлы қосылыстар «Viking» қондырғыштары Марста осыған ұқсас сынақтар жүргізген кезде анықталған. Перхлорат Марстағы кез келген органикалық заттарды ыдыратқандықтан, «Viking» органикалық қосылыстарды тапты ма деген сұрақ әлі де ашық, себебі химиялық және биологиялық интерпретацияларға мүмкіндік бар. Ол сутек пероксидінің де, супероксидтің де «Viking» биологиялық эксперименттерінің нәтижелерін түсіндіру үшін қажет емес деген қорытындыға келді.
Дау
2008 жылы Марста тотықтырғыш перхлораттың табылуына дейін кейбір теориялар жалпы ғылыми қорытындыға қарсы болды. Бір зерттеуші ГХ-МС (GC-MS) арқылы анықталмаған органикалық заттардың жоқтығын биологиялық тұрғыдан түсіндіре отырып, H2O2 және H2O еріткіштерінің тотықтырғыш қоры организмдердің органикалық қосылыстарының тотығуға қарсы күшінен асып түсетінін ұсынды. Сондай-ақ, Марс топырағында метаболизм жасайтын организмдердің саны өте аз болғандықтан, газ хроматографы оларды анықтауға шамасы келмейтіні айтылды. Ол және басқалар Жерде биологиялық немесе биологиялық емес материалдарды пайдаланып, «Викинг» (Viking) миссиясының деректерін қайта жасайтын тәжірибелер жүргізіп келеді. «Викинг» миссиясының LR (Labeled Release) тестісі мен бақылау нәтижелерін дәл қайталайтын тәжірибе болмаса да, сутек пероксидімен қанықтырылған титан диоксидімен жасалған тәжірибелер ұқсас нәтижелер көрсетті. Көптеген астробиологтар «Викинг» миссиясының биологиялық эксперименттерінің нәтижелері шешімсіз немесе теріс деп санайды, бірақ Гилберт Левин бұл пікірмен келіспейді. Қазіргі уақытта Марста өмір бар деген мәлімдеме, соңғы жаңалықтарға сәйкес қайта қарастырылған ескі деректерге негізделген. 2006 жылы ғалым Рафаэль Наварро «Викинг» миссиясының биологиялық эксперименттерінің органикалық қосылыстардың іздік мөлшерін анықтау үшін жеткілікті сезімталдығы болмағанын көрсетті. Қазіргі Марс ғылыми зертханасының (Mars Science Laboratory) миссиясы және дамытылып жатқан ExoMars бағдарламасы бұл дауды шешуге көмектесуі мүмкін. Крокко ұсынған таксономия ғылыми қауымда қабылданылған жоқ, ал Крокконың түсіндірмесінің дұрыстығы Марс топырағында тотықтырғыш заттың болмауына тікелей байланысты болды. LR экспериментінің зерттеушілері Гилберт Левин мен Патрисия Энн Страаттың айтуынша, 2016 жылға дейін органикалық емес химияға қатысты ешқандай түсінік LR экспериментінен алынған толық деректерді толыққанды түсіндіре алмайды, сондай-ақ топырақ үлгілеріндегі белсенді заттың шамамен 50 °C-қа дейін қыздырудан кері әсер етуі және деректер көрсеткендей, 10 °C-та қараңғыда ұзақ сақтау кезінде жойылуы мүмкін деген сұраққа жауап бере алмайды.
Сын-пікірлер
Джеймс Лавлоктың пікірінше, «Викинг» миссиясы топырақты зерттеудің орнына Марстың атмосферасын зерттеуге көбірек назар аударуы керек еді. Ол барлық тіршілік организмдерінің қалдық газдарды атмосфераға бөліп шығаратынын және планетада тіршілік бар екенін анықтау үшін химиялық тепе-теңдікте емес, атмосфераны табуға болатынын теориялық тұрғыда айтты. Ол сол кезде Марстың атмосферасы туралы жеткілікті мәлімет болғандықтан, онда тіршілік болу мүмкіндігін жоққа шығаруға болатынына келді. Бірақ содан бері Марстың атмосферасында 10 ppb метан табылды, бұл талқылауды қайта жаңартты. 2013 жылы «Curiosity» марсоходы метанның деңгейі 1,3 ppb-дан аспайтынын анықтады. Алайда, 2013 және 2014 жылдары «Curiosity» метанды анықтады, бұл уақытқа байланысты өзгеретін көз болғанын көрсетеді. 2016 жылдың наурыз айында ұшырылған «ExoMars» із газы орбиталық аппараты осы әдісті жүзеге асырады және Марстағы кең ауқымды атмосфералық із газдардың кеңістіктік және уақытша өзгеруін анықтауға, олардың пайда болуының биологиялық немесе геологиялық екенін анықтауға және олардың көздерін табуға бағытталған. «Марс орбиталық миссиясы» 2014 жылдың соңынан бері Марстың атмосферасындағы метанды анықтауға және картаға түсіруге тырысып келеді. Баспасөз хабарламасында, егер «Викинг» қондыру орнында тіршілік болған болса, ол қондыру ракеталарының түтінінен өлген болуы мүмкін деген пікір айтылды. Бұл, парашюттер мен кері ракеталармен баяулатылатын, ауа қаптамасымен қорғалған капсуламен қонатын және ракетаның түтіні жер бетіне тимейтіндей биіктіктен түсірілетін миссиялар үшін мәселе емес. «Марс Pathfinder»-дің «Sojourner» марсоходы және «Марс зерттеу марсоходы» осы қону әдісін сәтті қолданды. «Феникс Скаут» жер бетіне кері ракеталармен түсті, бірақ олардың отыны гидразин болды және шұңқырдың соңғы өнімдері (су, азот және аммиак) қондыру орнындағы топыраққа әсер етпеді.