Waarom tekenen van leven op Mars zo raadselachtig zijn

Voor wetenschappers die op zoek zijn naar sporen van buitenaards leven, is de lokroep van Mars steeds duidelijker te horen. Talloze recente observaties van rovers op de Rode Planeet wijzen op het bestaan van oeroude levensvormen – een aanwijzing dat de aarde niet het enige toevluchtsoord voor levensvormen in het zonnestelsel is geweest.

Eerder deze maand werd een van die veelbelovende aanwijzingen bekendgemaakt: de NASA-rover Curiosity had in rotsen in de krater Gale een mix van koolstofatomen ontdekt die op aarde als een teken van primitief leven wordt beschouwd. Ook heeft de rover zowel willekeurige als seizoensgebonden pieken in het methaangehalte in de Martiaanse atmosfeer gemeten, een gas dat op aarde vooral door biologische processen wordt geproduceerd.

Zo’n 3700 kilometer verderop, in de krater Jezero, is de NASA-rover Perseverance gestuit op vreemde paarse laagjes op rotsen op de kraterbodem. De laagjes zijn daar overal te vinden en doen sterk denken aan de ‘woestijnvernissen’ die op aarde door microben op rotsen worden afgezet.

Curiosity nam deze selfie op een onderzoeklocatie die de naam ‘Mary Anning’ heeft gekregen, naar een negentiende-eeuwse Engelse paleontologe. De rover heeft op deze locatie, in de regio Glen Torridon, drie gesteentemonsters uit een stuk rots geboord. Wetenschappers denken dat de omstandigheden in dit gebied ooit geschikt waren voor levensvormen.

Maar voorlopig zijn wetenschappers nog niet zo ver dat ze met zekerheid kunnen aankondigen dat er op onze vermiljoenrode buurplaneet ooit leven heeft bestaan. Want zo’n beetje al deze biologische sporen zouden ook verklaard kunnen worden door een of ander onbekend kenmerk van de Martiaanse geologie of chemie. Er zijn dus simpelweg nog te veel aspecten van de Rode Planeet die we niet kennen, en wetenschappers weten nog te weinig over de manier waarop niet-biologische sporen kunnen lijken op signalen van levensvormen, zogenaamde ‘biosignaturen’.

‘We bestuderen hier een buitenaardse wereld, en wie weet wat we nog zullen tegenkomen, waaronder ook dingen die we ons nu nog niet kunnen voorstellen,’ zegt Abigail Fraeman, plaatsvervangend projectwetenschapper voor Curiosity van NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

Volgens wetenschappers zal de volgende stap in de zoektocht naar leven op Mars bestaan uit het analyseren van gesteentemonsters in laboratoria op aarde, waar met behulp van de meest geavanceerde apparatuur gezocht kan worden naar een antwoord op een van de oudste vragen van de mensheid. De rover Perseverance is al druk bezig met het verzamelen van een eerste cluster van gesteentemonsters die erop kunnen wijzen dat er één miljard jaar geleden micro-organismen in de Jezero-krater hebben geleefd.

Wat al deze aanwijzingen ook zullen opleveren, ze zullen ons iets heel fundamenteels over de oorsprong van het leven op onze eigen planeet vertellen.

‘Heel veel aspecten van de oergeschiedenis van de beide planeten lijkt op elkaar. Daarom is het ook zo fascinerend dat ze in hun planetaire evolutie zulke verschillende richtingen op zijn gegaan,’ zegt astrobioloog Amy Williams van de University of Florida. ‘Als er géén leven op Mars heeft bestaan, waarom dan niet? Wat is er gebeurd? Waarom zou het leven zich niet op Mars hebben ontwikkeld? En als het er ooit wél was, wat is er dan mee gebeurd?’

Leven op Mars?

In onze dromen is Mars bijna altijd bewoond geweest – door ‘groene mannetjes’ of op z’n minst door aardbewoners van de toekomst. Maar observaties van ruimtevaartuigen maakten al snel een einde aan onze fantasieën over voortgeschreden beschavingen, eindeloze wouden of goedaardige, plantenetende kwallen op Mars.

‘Er groeit of gloeit daar niets, we kunnen tegen niemand ‘hallo’ zeggen en we hadden ook geen laserpistolen bij ons toen we daar landden,’ zegt Andrew Steele van de Carnegie Institution for Science.

In plaats daarvan maakten opnamen die vanuit een omloopbaan rond Mars werden gemaakt en experimenten die door de Viking-landers van de NASA op het oppervlak van de Rode Planeet werden uitgevoerd, duidelijk dat er geen direct waarneembare levensvormen op Mars te vinden waren. ‘Die constatering heeft het Mars-onderzoek lange tijd ontwricht,’ zegt Steele.

Maar in 1996 maakten wetenschappers bekend dat ze ogenschijnlijk enkele microfossielen – minuscule ‘wormpjes’ in gemineraliseerde vorm – hadden ontdekt in een Martiaanse meteoriet die op de ijsvelden van de Allan Hills in Antarctica was gevonden. De vermeende organismen zouden volgens de ontdekkers zo’n 4,1 miljard jaar geleden op het oppervlak van de Rode Planeet hebben rondgekropen. De vondst was moeilijk te duiden en zeer omstreden, en tot op de dag van vandaag wordt er verbeten over gedebatteerd. Maar het was ook positief nieuws.

‘De controverse rond de Allan Hills-meteoriet heeft de hele discipline van de astrobiologie nieuw leven ingeblazen,’ zegt astrobioloog Kennda Lynch van het Lunar and Planetary Institute. ‘Ik ben zó dankbaar voor dat stukje steen, want het heeft ons gedwongen om eens goed na te denken over wat we eigenlijk onder levensvormen verstaan.’

Op deze foto is een gat te zien dat door de rover Curiosity werd uitgeboord in een rots op de Martiaanse onderzoekslocatie ‘Highfield’, op de Vera Rubin Ridge binnen de Gale-krater. In het boorgruis uit het gat vond Curiosity een verhoogd gehalte aan lichte koolstofisotopen, wat kan wijzen op de aanwezigheid van levensvormen op Mars.

In 2012 begon een nieuw tijdperk in het Mars-onderzoek toen de NASA zijn zeswieler Curiosity in de krater Gale liet zakken. Tegenwoordig ligt er in deze krater, met een doorsnede van 155 kilometer, een grote berg die is opgebouwd uit talloze gelaagde afzettingen waarin het Martiaanse verleden in geologie is vastgelegd. Het voornaamste doel van Curiosity is de speurtocht naar tekenen voor de levensvatbaarheid van de planeet, zoals water, organische moleculen en energiebronnen – de benodigde ingrediënten voor het leven zoals wij dat kennen.

Het vinden van bewijzen voor de aanwezigheid van vloeibaar water was eenvoudig; wetenschappers hadden al het vermoeden dat er in de krater ooit een diep meer heeft gelegen. Curiosity kon vrijwel meteen een hele groep gesteenten identificeren die zich alleen in de aanwezigheid van water hadden kunnen vormen.

Maar de andere taken waren minder eenvoudig.

In de loop der jaren heeft Curiosity in de Jezero-krater sporen gevonden die wijzen op de aanwezigheid van talloze organische moleculen, de chemische bouwstenen voor alle levensvormen die op koolstof zijn gebaseerd. De rover is ook op overblijfselen van oeroude hydrothermale bronnen gestuit, op plekken waar vloeibaar water ooit bij hoge temperaturen werd gemixt met allerlei chemische bestanddelen en waarbij mogelijk energiebronnen zijn gecreëerd.

Daarnaast heeft Curiosity vastgesteld dat het methaangehalte in de lucht boven de krater schommelt met de seizoenen en af en toe sterke uitschieters vertoont. Deze metingen sluiten aan op eerdere observaties vanaf de aarde, die al meer dan tien jaar lang niet goed verklaard kunnen worden. Op aarde zouden dit soort schommelingen in het methaangehalte duidelijke aanwijzingen voor actieve stofwisselingsprocessen zijn.

Toch kan geen van deze observaties tot nu toe met biologische processen in verband worden gebracht. Bovendien bestaat er altijd de mogelijkheid dat we te maken hebben met processen die we nog niet goed begrijpen en die alleen maar lijken op tekenen van leven.

‘De meeste koolstofprocessen op het aardoppervlak zijn van biologische aard, dus is het voor ons echt een uitdaging om van perspectief te veranderen en ons een wereld proberen voor te stellen waarin dat niet het geval is,’ zegt astrobioloog Christopher House van de Pennsylvania State University. ‘Als je eenmaal buiten dat aardse perspectief stapt, kun je beginnen na te denken over manieren waarop Mars zich anders gedraagt dan de aarde.’

Vreemde koolstofverbindingen

Curiosity’s vreemdste en meest intrigerende observatie is van zeer recente datum. In meerdere gesteentemonsters die op verschillende locaties in de krater werden genomen, vond de rover organische bestanddelen met vreemde verhoudingen tussen diverse koolstofisotopen, atomen van één en hetzelfde element maar met verschillende aantallen neutronen in hun kern.

Op aarde maken organismen voor hun stofwisseling of voor de fotosynthese het liefst gebruik van de lichtere isotopen van koolstof, waardoor de isotopenverhouding in organische materialen enigszins is verschoven.

En dat is ook wat wetenschappers op vijf verschillende locaties in de Gale-krater hebben aangetroffen: gesteenten waarin het gehalte aan lichtere isotopen hoger lag dan dat van de zwaardere isotopen, vergeleken met de verhoudingen die ze eerder in de Martiaanse atmosfeer en in Martiaanse meteorieten hadden gemeten. De observaties doen denken aan de koolstofverhoudingen die werden gemeten in de Australische Tumbiana-formatie, een 2,7 miljard jaar oude rotsontsluiting met daarin de koolstofsporen van oeroude microben die methaan metaboliseerden.

‘De verlaagde aanwezigheid van zware koolstofisotopen is echt fascinerend. Heel spannend. Op aarde gebeurt zoiets alleen maar via de biologie,’ zegt Williams.

Maar astrobioloog House, die de leiding over de analyse had, vindt dat de resultaten allesbehalve eenduidig zijn. Hij en zijn collega’s hebben drie mogelijke scenario’s beschreven die de verschoven verhouding kunnen verklaren.

De eerste is dat de isotopen-signatuur inderdaad is veroorzaakt door oeroude microben. Een tweede mogelijkheid is dat het zonnestelsel lang geleden door een interstellaire stofwolk is gevlogen waarin de verhouding tussen koolstofisotopen was verschoven ten gunste van de lichtere isotopen. Het bestaan van dit soort wolken is bekend, en het zou dus kunnen dat zo’n wolk zijn sporen op Mars heeft achtergelaten. Een derde mogelijkheid is dat CO₂ in de atmosfeer van Mars door toedoen van ultraviolette straling is gaan reageren en zo het vreemde signaal heeft veroorzaakt. ‘We weten het antwoord niet,’ zegt House.

‘Het kan biologisch maar ook niet-biologisch zijn. Alle drie scenario’s sluiten aan op de beschikbare gegevens.’

Mysterieuze laagjes

Vorig jaar arriveerde de NASA-rover Perseverance op Mars en ook dat ruimtevaartuig is op zoek gegaan naar sporen van oeroud leven.

Op zijn reis door de Jezero-krater spotte Perseverance op talloze rotsen paarse laagjes met een hoog ijzergehalte. Volgens Bradley Garczynski van de Purdue University, die de laagjes heeft onderzocht, zijn dit soort afzettingen nog niet eerder door rovers op Mars ontdekt, hoewel er op meerdere plekken op de Rode Planeet rotsen met andere afzettingen zijn gespot.

Op aarde worden dit soort laagjes ‘woestijnvernissen’ genoemd en ze bestaan uit afzettingen van microben die zich voeden met mineralen uit de rots.

‘Dit soort vernissen zijn heel spannend en op aarde zouden ze zeker van biologisch belang zijn. Dus als ze op andere werelden worden aangetroffen, zijn ze voor ons van groot astrobiologisch belang,’ zegt Williams.

Volgens Lynch, die onderzoek doet naar aardse analogieën van Martiaanse milieus, is het niet ondenkbaar dat er biosignaturen in de vernissen van de Jezero-krater worden gevonden. ‘Microben doen heel opmerkelijke dingen. Ze laten laagjes en vernissen op rotsen achter omdat ze die rotsen opeten,’ zegt zij.

Maar op aarde weten onderzoekers volgens Lynch veel meer over de context waarin zulke vernissen zich vormen, en die context is van cruciaal belang voor de interpretatie en observatie van deze afzettingen. Zelfs op onze eigen planeet moeten onderzoekers heel nauwgezet analyseren of de aangetroffen laagjes inderdaad door organismen of door een of ander niet-biologisch proces zijn gevormd. Op een verre planeet is het beantwoorden van die vraag natuurlijk veel lastiger.

‘Het gaat om een wonderbaarlijk complex systeem dat we nu op Mars onderzoeken,’ zegt Fraeman.

Onduidelijke signalen

Voorlopig zal het nodig blijven om stenen van Mars naar de aarde te brengen om de aanwezigheid van levensvormen definitief vast te stellen. In laboratoria hier op aarde zullen wetenschappers de meest geavanceerde instrumenten kunnen gebruiken om deze gesteenten te analyseren. Een van de hoofdtaken van Perseverance is het identificeren en verzamelen van zulke gesteentemonsters, die tijdens toekomstige missies van Mars opgehaald en naar de aarde gebracht zullen worden.

‘De monsters die we nu nemen, worden zeer zorgvuldig geselecteerd,’ zegt Fraeman. ‘We weten nu wat meer over de context waarin ze zijn ontstaan (...) en dat zal zeer belangrijk zijn voor het ontcijferen van deze belangrijke raadsels.’

Maar zelfs het analyseren van stukjes Mars in een laboratorium is nog geen garantie voor definitieve resultaten. Zo zijn wetenschappers het nog altijd niet eens over de vraag of er ooit organismen hebben geleefd in ALH84001, dat oeroude brokstukje van de Martiaanse korst dat zo’n 13.000 jaar geleden als een meteoriet boven Antarctica uit de lucht viel. Onlangs nog heeft Steele, die al 25 jaar onderzoek naar de meteoriet doet, het stukje steen opnieuw geanalyseerd.

‘Een van de redenen dat ik er steeds weer naar kijk, is de vraag: als het géén levensvorm is, wat is het dan wél?’ zegt hij.

Eerder deze maand schreven Steele en zijn collega’s dat er in het gesteente van ALH84001 zonder tussenkomst van levensvormen toch complexe organische verbindingen zijn ontstaan en dat de gevonden ‘wormpjes’ dus het resultaat zijn van doodgewone chemische reacties, die optreden als vloeistoffen onderaards reageren met gesteenten en mineralen.

‘Betekent dit dat er geen sporen van Martiaans leven in die meteoriet aanwezig zijn? Nou, dat kan ik niet bewijzen,’ zegt Steele. ‘Als er tóch een Martiaans organisme in dat steentje is te vinden, dan is het niet iets wat op een aards organisme lijkt. Het gaat dan om iets totaal anders, en dat is waarnaar we blijven zoeken.’

Volgens astrobiologen zouden geologisch-chemische reacties ook de oorzaak kunnen zijn van het methaan dat op Mars is gemeten of van de organische verbindingen die overal op de Rode Planeet zijn aangetroffen. Mars is nu eenmaal een heel andere wereld, een plek met letterlijk buitenaardse chemische processen en landschappen die misschien op het eerste gezicht vaag op die van de aarde lijken, maar uiteindelijk toch gewoon ‘niet van deze wereld’ zijn.

‘Keer op keer heeft Mars laten zien dat het niet de aarde is. Het is geen oeroude versie van de aarde waar de tijd stil is blijven staan,’ zegt Williams. ‘Het is een heel andere, zich ontwikkelende planeet, en van de processen die zich daar allemaal afspelen doen sommige duidelijk denken aan die op aarde, maar andere zijn zeer zeker buitenaards.’

Noot van de redactie: dit artikel is gecorrigeerd om de huidige betrekking van Kennda Lynch met het Lunar and Planetary Institute weer te geven.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com