Войти
Схема системы биологических экспериментов Viking Lander Два посадочных модуля Viking имели по четыре типа биологических экспериментов на поверхность Марса в 1976 году. Это были первые марсианские аппараты, проводившие эксперименты по поиску биосигнатур микробная жизнь на Марсе. Посадочные аппараты использовали роботизированную руку, чтобы поместить образцы почвы в герметичные испытательные контейнеры на корабле. Два посадочных модуля были идентичны, поэтому одни и те же испытания проводились в двух местах на поверхности Марса: Viking 1 около экватора и Viking 2 дальше на север.
Четыре эксперимента представлены здесь в Порядок, в котором они выполнялись двумя посадочными модулями «Викинг». Руководителем биологической группы по программе Viking был (NASA Ames).
A газовый хроматограф - масс-спектрометр (GCMS ) - это устройство, которое разделяет компоненты пара химически с помощью газового хроматографа , а затем подает результат в масс-спектрометр, который измеряет молекулярную массу каждого химического вещества. В результате он может разделять, идентифицировать и количественно определять большое количество различных химических веществ. GCMS (PI: Klaus Biemann, MIT) использовался для анализа компонентов необработанной марсианской почвы, и особенно тех компонентов, которые выделяются при нагревании почвы до различных температур. Он может измерять количество молекул, присутствующих на уровне нескольких частей на миллиард.
ГХМС не обнаружила значительного количества органических молекул в марсианской почве. Фактически, марсианские почвы содержат меньше углерода, чем безжизненные лунные почвы, возвращенные программой Apollo. Этот результат было трудно объяснить, если метаболизм марсианских бактерий был ответственен за положительные результаты, полученные в эксперименте с маркированным высвобождением (см. Ниже). В учебнике по астробиологии 2011 года отмечается, что это было решающим фактором, благодаря которому «для большинства ученых-викингов окончательный вывод заключался в том, что миссии викингов не смогли обнаружить жизнь в марсианской почве».
Эксперименты, проведенные в 2008 году спускаемым аппаратом Phoenix, обнаружили присутствие перхлората в марсианской почве. В учебнике по астробиологии 2011 года обсуждается важность этого открытия по сравнению с результатами, полученными компанией Viking: «Хотя перхлорат слишком плох как окислитель для воспроизведения результатов LR (в условиях этого эксперимента перхлорат не окисляет органические вещества), он окисляется, и, таким образом, уничтожить органические вещества при более высоких температурах, использованных в эксперименте GCMS Viking. Астробиолог NASA Крис Маккей фактически подсчитал, что если бы в образцах Viking присутствовали уровни перхлоратов, подобные Фениксу, органическое содержание марсианской почвы могло бы иметь достигала 0,1% и все же дала бы (ложно) отрицательный результат, который давала GCMS. Таким образом, хотя общепринятое мнение относительно биологических экспериментов Viking по-прежнему указывает на «отсутствие свидетельств жизни», в последние годы наблюдалось хотя бы небольшое сдвиг в сторону «неубедительных доказательств».
Согласно пресс-релизу НАСА 2010 года: «Единственные органические химические вещества, идентифицированные, когда аппараты« Викинг »нагревали образцы марсианских почвы были хлорметаном и дихлорметаном - соединениями хлора, которые в то время интерпретировались как вероятные загрязнители от очищающих жидкостей ". Согласно статье, подготовленной группой сотрудников Национального автономного университета Мексики, «эти химические вещества - именно то, что [их] новое исследование обнаружило, когда небольшое количество перхлората - неожиданное открытие из Феникса - было обнаружено. добавлен в пустынную почву из Чили, содержащую органические вещества, и проанализирован по образцу тестов Viking ». Однако в пресс-релизе НАСА за 2010 год также отмечалось, что: «Одна из причин, по которой обнаруженные« Викингом »хлорированные органические вещества были интерпретированы как загрязнители с Земли, заключалась в том, что соотношение двух изотопов хлора в них соответствовало соотношению три к одному. соотношение для этих изотопов на Земле. Соотношение для них на Марсе еще четко не определено. Если будет обнаружено, что оно сильно отличается от земного, это поддержит интерпретацию 1970-х годов ». Биманн написал комментарий, критикующий статью Наварро-Гонсалеса и Маккея, на которую последний ответил; обмен был опубликован в декабре 2011 года.
Эксперимент по газообмену (GEX ) (PI:, NASA Ames) искал газы, выделяемые инкубируемым образец почвы, сначала заменив атмосферу Марса инертным газом гелием. Он применил жидкий комплекс органических и неорганических питательных веществ и добавок к образцу почвы, сначала с добавлением только питательных веществ, а затем с добавлением воды. Периодически прибор отбирал образцы атмосферы инкубационной камеры и использовал газовый хроматограф для измерения концентраций нескольких газов, включая кислород, CO 2, азот, <141.>водород и метан. Ученые предположили, что метаболизирующие организмы либо потребляют, либо выделяют по крайней мере один из измеряемых газов.
В начале ноября 1976 года сообщалось, что «на Викинге 2 эксперимент по газообмену дает результаты, аналогичные результатам на Викинге 1. И снова кислород исчез, как только питательный раствор вступил в контакт с почвой., углекислый газ начал появляться и все еще продолжает развиваться ».
Эксперимент с меченым высвобождением (LR ) (PI: Гилберт Левин, Biospherics Inc.) были наиболее многообещающими для экзобиологов. В эксперименте LR в образец марсианской почвы добавляли каплю очень разбавленного водного питательного раствора. Питательные вещества (7 молекул, которые были продуктами Миллера-Юри ) были помечены радиоактивным C. Воздух над почвой контролировался на предмет выделения радиоактивного CO 2 (или другого углеродного углерода).) газ в качестве доказательства того, что микроорганизмы в почве метаболизировали одно или несколько питательных веществ. Такой результат должен был сопровождаться контрольной частью эксперимента, как описано для PR ниже. Результат был довольно неожиданным, учитывая отрицательные результаты первых двух испытаний, когда постоянный поток радиоактивных газов выделялся почвой сразу после первой инъекции. Эксперимент проводился обоими зондами Viking: первый использовал образец с поверхности, подверженной воздействию солнечного света, а второй зонд брал образец из-под камня; обе первоначальные инъекции оказались положительными. Затем были проведены контрольные испытания стерилизации путем нагревания различных образцов почвы. Образцы, нагретые в течение 3 часов при 160 ° C, не выделяли радиоактивного газа при введении питательных веществ, а образцы, нагретые в течение 3 часов при 50 ° C, демонстрировали значительное снижение радиоактивного газа, выделяемого после инъекции питательных веществ. Образец, хранившийся при 10 ° C в течение нескольких месяцев, позже был испытан, показав значительное снижение выделения радиоактивного газа.
A В статье CNN от 2000 года отмечалось, что «Хотя большинство его коллег пришли к иному мнению, Левин по-прежнему считает, что испытания роботов, которые он координировал на спускаемом аппарате "Викинг" 1976 года указал на присутствие живых организмов на Марсе ". В учебнике астробиологии 2006 года отмечалось, что «с нестерилизованными земными образцами, однако, добавление большего количества питательных веществ после начальной инкубации привело бы к образованию еще большего количества радиоактивного газа, поскольку спящие бактерии начали действовать, чтобы потреблять новую дозу пищи. Это не относилось к марсианской почве: на Марсе вторая и третья инъекции питательных веществ не привели к дальнейшему выделению меченого газа ». В издании того же учебника 2011 г. отмечалось, что «Альбет Йен из Лаборатории реактивного движения показал, что в чрезвычайно холодных и сухих условиях и в атмосфере двуокиси углерода ультрафиолетовый свет (помните: на Марсе отсутствует озоновый слой, поэтому поверхность омывается в ультрафиолете) может вызывать реакцию углекислого газа с почвой с образованием различных окислителей, включая высокореактивные супероксиды (соли, содержащие O 2). При смешивании с небольшими органическими молекулами суперокислители легко окисляют их до углекислый газ, который может объяснить результат LR. Химия супероксида также может объяснить загадочные результаты, которые наблюдались при добавлении большего количества питательных веществ в почву в эксперименте LR; поскольку жизнь умножается, количество газа должно было увеличиться, когда второй или третий была добавлена партия питательных веществ, но если эффект был вызван потреблением химического вещества в первой реакции, нового газа не ожидается. Наконец, многие супероксиды относительно нестабильны и разрушаются при эл. повышенные температуры, что также объясняет "стерилизацию", наблюдаемую в эксперименте LR ".
В статье 2002 года, опубликованной Джозефом Миллером, он предполагает, что зарегистрированные задержки химических реакций системы указывают на биологическую активность, аналогичную циркадный ритм, ранее наблюдавшийся у наземных цианобактерий.
12 апреля 2012 года международная группа ученых, в которую входили Левин и Страат, опубликовала рецензируемую статью, в которой предлагалось выявить «сохранившуюся микробную жизнь на Марс », основанный на математических предположениях с помощью кластерного анализа экспериментов по выделению метки в рамках миссии« Викинг »в 1976 г..
Пиролитический выброс (PR ) эксперимент (PI: Norman Horowitz, Caltech) состоял из использования света, воды и углеродсодержащей атмосферы из окиси углерода (CO) и диоксид углерода (CO 2), имитирующий это на Марсе. Углеродосодержащие газы были сделаны из углерода-14 (C), тяжелого, радиоактивного изотопа углерода. Если бы присутствовали фотосинтезирующие организмы, считалось, что они будут включать часть углерода в виде биомассы в процессе фиксации углерода, так же как растения и цианобактерии на земле. После нескольких дней инкубации в эксперименте удалили газы, запекали оставшуюся почву при 650 ° C (1200 ° F) и собрали продукты в устройстве, которое считало радиоактивность. Если бы какой-либо из углерода был преобразован в биомассу, он испарился бы при нагревании, и счетчик радиоактивности обнаружил бы его как свидетельство существования жизни. Если будет получен положительный ответ, дублирующий образец той же почвы будет нагрет, чтобы «стерилизовать» его. Затем он будет протестирован в качестве контроля, и если он по-прежнему будет проявлять активность, аналогичную первой реакции, это свидетельствует о том, что активность была химической по природе. Тем не менее, нулевой или значительно ослабленный ответ был свидетельством в пользу биологии. Тот же самый контроль должен был использоваться для любого из трех экспериментов по обнаружению жизни, которые показали положительный исходный результат.
Органические соединения, по-видимому, распространены, например, на астероидах, метеоритах., кометы и ледяные тела, вращающиеся вокруг Солнца, поэтому обнаружение каких-либо следов органических соединений на поверхности Марса стало неожиданностью. ГХ-МС определенно работал, потому что средства контроля были эффективными, и он мог обнаруживать следы хлора, связанные с чистящими растворителями, которые использовались для его стерилизации перед запуском. В 2018 году был проведен повторный анализ данных ГХ-МС, что позволило предположить, что органические соединения действительно могли быть обнаружены, что подтверждается данными марсохода Curiosity. В то время полное отсутствие органического материала на поверхности делало результаты биологических экспериментов спорными, поскольку метаболизм с участием органических соединений был тем, что эти эксперименты были предназначены для обнаружения. В целом научное сообщество предполагает, что биологические тесты «Викинга» остаются безрезультатными и могут быть объяснены чисто химическими процессами
Несмотря на положительный результат эксперимента с маркированным выбросом, общая оценка такова, что результаты, полученные в четырех экспериментах, являются лучше всего объясняется окислительными химическими реакциями с марсианской почвой. Один из текущих выводов состоит в том, что на марсианской почве, постоянно подвергающейся УФ-свету от Солнца (на Марсе нет защитного озонового слоя ), образовался тонкий слой очень сильный окислитель. Достаточно сильная молекула-окислитель будет реагировать с добавленной водой с образованием кислорода и водорода и с питательными веществами с образованием диоксида углерода (CO 2).
В августе 2008 года спускаемый аппарат Phoenix обнаружил перхлорат, сильный окислитель при нагревании выше 200 ° C. Первоначально считалось, что это причина ложноположительного результата LR. Однако результаты экспериментов, опубликованные в декабре 2010 года, предполагают, что органические соединения «могли присутствовать» в почве, проанализированной как Viking 1, так и 2, поскольку спускаемый аппарат НАСА Phoenix в 2008 году обнаружил перхлорат, который может расщеплять органические соединения. Авторы исследования обнаружили, что перхлорат может разрушать органические вещества при нагревании и производить хлорметан и дихлорметан в качестве побочных продуктов - идентичные соединения хлора, обнаруженные обоими посадочными модулями Viking при проведении одинаковых испытаний на Марсе. Поскольку перхлорат разрушил бы любую марсианскую органику, вопрос о том, обнаружил ли Викинг органические соединения, все еще широко открыт, поскольку возможны альтернативные химические и биологические интерпретации.
В 2013 году астробиолог Ричард Куинн из Центра Эймса Проведенные эксперименты, в которых аминокислоты, реагирующие с гипохлоритом, который образуется при облучении перхлората гамма-лучами, похоже, воспроизводили результаты эксперимента с меченым высвобождением. Он пришел к выводу, что ни перекись водорода, ни супероксид не требуются для объяснения результатов биологических экспериментов Viking. Более подробное исследование было проведено в 2017 году группой исследователей, включая Куинна. Хотя это исследование не было специально разработано для сопоставления данных эксперимента LR, было обнаружено, что гипохлорит может частично объяснить контрольные результаты, включая тест стерилизации при 160 ° C. Авторы заявили: «Планируются дальнейшие эксперименты для определения термической стабильности гипохлорита и других разновидностей оксихлорина в контексте экспериментов LR».
До открытия окислителя перхлората на Марсе в 2008 г., некоторые теории по-прежнему противоречили общенаучным выводам. Исследователь предположил, что биологическое объяснение отсутствия органических веществ, обнаруженных с помощью ГХ-МС, могло заключаться в том, что запас окисления растворителя H 2O2-H2O значительно превышал восстанавливающую способность органических соединений организмов.
Также утверждалось, что эксперимент с маркированным высвобождением (LR) обнаружил в марсианской почве настолько мало метаболизирующих организмов, что газовый хроматограф не мог их обнаружить. Эту точку зрения выдвинул разработчик эксперимента LR Гилберт Левин, который считает, что положительные результаты LR являются диагностическими для жизни на Марсе. Он и другие проводят текущие эксперименты, пытаясь воспроизвести данные о викингах с биологическими или небиологическими материалами на Земле. Хотя ни в одном эксперименте не удалось точно воспроизвести результаты испытания и контроля Mars LR, эксперименты с перекисью водорода, -насыщенным диоксидом титана дали аналогичные результаты.
Хотя большинство из них астробиологи до сих пор приходят к выводу, что биологические эксперименты викингов были неубедительными или отрицательными, Гилберт Левин не единственный, кто считает иначе. Текущее заявление о существовании жизни на Марсе основано на старых свидетельствах, переосмысленных в свете последних событий. В 2006 году ученый Рафаэль Наварро продемонстрировал, что биологическим экспериментам «Викинг», вероятно, не хватало чувствительности для обнаружения следов органических соединений. В статье, опубликованной в декабре 2010 года, ученые предполагают, что если бы органические вещества присутствовали, они не были бы обнаружены, потому что, когда почва нагревается для проверки на наличие органических веществ, перхлорат разрушает их, быстро производя хлорметан и дихлорметан, что и обнаружили корабли Viking.. Эта команда также отмечает, что это не доказательство существования жизни, но это может повлиять на то, как ученые будут искать органические биосигнатуры в будущем. Результаты текущей миссии Mars Science Laboratory и разрабатываемой программы ExoMars могут помочь уладить этот спор.
В 2006 году Марио Крокко дошел до предложения создания нового номенклатурного ранга, который классифицировал некоторые результаты викингов как «метаболический » и, следовательно, представлял новую форму жизни. Таксономия, предложенная Крокко, не была принята научным сообществом, и обоснованность интерпретации Крокко полностью зависела от отсутствия окислителя в марсианской почве.
Согласно Гилберту Левину и Патриции Энн Страат, исследователям эксперимента LR, никакое объяснение, связанное с неорганической химией, по состоянию на 2016 год не может дать удовлетворительного объяснения полных данных эксперимента LR, и, в частности, обратиться к вопросу о том, какое активное вещество в образцах почвы может подвергнуться неблагоприятному воздействию при нагревании примерно до 50 ° C и разрушиться при длительном хранении в темноте при 10 ° C, как показывают данные.
Джеймс Лавлок утверждал, что миссия викингов могла бы лучше исследовать марсианскую атмосферу, чем смотреть на землю. Он предположил, что вся жизнь стремится выбрасывать отработанные газы в атмосферу, и поэтому можно было бы теоретизировать существование жизни на планете, обнаружив атмосферу, которая не находится в химическом равновесии. Он пришел к выводу, что в то время было достаточно информации об атмосфере Марса, чтобы исключить возможность существования там жизни. С тех пор метан был обнаружен в атмосфере Марса 'при концентрации 10ppb, таким образом, возобновив дискуссию. Хотя в 2013 году марсоход Curiosity не смог обнаружить метан в своем местоположении на уровнях, превышающих 1,3ppb. позже, в 2013 и 2014 годах, измерения, проведенные Curiosity, действительно обнаружили метан, что указывает на источник переменной времени. ExoMars Trace Gas Orbiter, запущенный в марте 2016 года, реализует этот подход и будет сосредоточен на обнаружении, описании пространственных и временных изменений и локализации источников для широкого набора атмосферных микрогазов на Марсе и помощи в определении если их образование биологического или геологического происхождения. Марсианский орбитальный аппарат также пытается - с конца 2014 года - обнаруживать и наносить на карту метан в атмосфере Марса. В комментариях для прессы утверждалось, что, если в местах посадки викингов была жизнь, она могла быть убита выхлопными газами приземляющихся ракет. Это не проблема для миссий, которые приземляются через капсулу, защищенную подушкой безопасности ,, замедляются парашютами и ретророзетками и сбрасываются с высоты, позволяющей выхлопу ракеты избегать поверхности. Марсоход «Соджорнер» на Mars Pathfinder и Марсоход успешно использовали эту технику посадки. Посадочный модуль Phoenix Scout спускался на поверхность с ретро-ракетами, однако их топливом был гидразин, а конечные продукты шлейфа (вода, азот и аммиак) не были обнаружены. повредить почвы в месте посадки.
Дизайн Юри Вопрос, вероятно, не будет полностью решен до тех пор, пока будущие миссии на Марс не убедительно продемонстрируют присутствие жизни на планете и не определят химические вещества, ответственные за Результаты Viking, или и то, и другое. Марсианская научная лаборатория Миссия ory приземлила марсоход Curiosity 6 августа 2012 года, и ее цели включают исследование марсианского климата, геологии и того, мог ли Марс иметь когда-либо поддерживал жизнь, включая исследование роли воды и планетарной обитаемости. Астробиологические исследования на Марсе будут продолжены с помощью ExoMars Trace Gas Orbiter в 2016 году и Rosalyn Franklin и марсоходов Mars 2020 в 2020 году.
В 2008 году в компании Mars работал Анализатор термических и выделенных газов, который мог химически анализировать 8 проб.
Инструмент Юри был профинансированным исследованием для чувствительного детектора органических соединений, но не был отправлен на Марс, но рассматривался для программы ExoMars 2000-х годов
Обнаружение биологического окислителя и жизни (жирный шрифт) - это предполагаемая миссия на Марс, которая последует за испытаниями почвы «Викинг» с использованием нескольких небольших ударных посадочных устройств. Еще одно предложение - посадочный модуль Phoenix Icebreaker Life.
Интерактивная карта изображений глобальной топографии Марса, наложенная на местоположения марсоходов и марсоходов. Наведите указатель мыши на изображение, чтобы увидеть названия более 60 известных географических объектов, и щелкните, чтобы связать их. Цвет базовой карты указывает относительные возвышения на основе данных с лазерного высотомера Mars Orbiter на Mars Global Surveyor НАСА. Белый и коричневый цвета указывают на самые высокие высоты (от +12 до +8 км); затем идут розовые и красные (от +8 до +3 км); желтый - 0 км; зеленый и синий - более низкие высоты (до −8 км). Оси : широта и долгота ; Отмечены полярные регионы. (См. Также: карта Марса, Mars Memorials, Mars Memorials map ) (view • обсудить )( Rover • Lander • Future )
←Beagle 2 (2003) 
Curiosity (2012) → Deep Space 2 (1999) → 
←Rover Rosalind Franklin (2023?) InSight (2018).) → ←Марсоход Perseverance (2021?) 
Марс 2 (1971) → ←Марс 3 (1971) Марс 6 (1973) → Полярный спускаемый аппарат (1999) ↓ ↑ Возможность (2004) ←Phoenix (2008) 
Schiaparelli EDM (2016) → 
← Sojourner (1997) Spirit (2004) ↑ 
Viking 1 (1976) → Viking 2 (1976) → 