В земных болотистых ручьях, ржавых канавах и других местах, где много растворённого железа, можно заметить странные рыже-коричневые плёнки. Они выглядят как влажные нити на камнях и корягах, но на самом деле это целые колонии бактерий рода Leptothrix. Эти организмы не зависят от солнечного света и получают энергию, окисляя железо, — редкая стратегия, которая когда-то могла встречаться и на других планетах. Поэтому подобные микробы давно привлекают внимание астробиологов, особенно когда речь заходит о Марсе, покрытом слоями "ржавчины" и, возможно, сохранившем следы древних подземных вод.
У Leptothrix есть характерная особенность: они строят вокруг себя трубчатые минерализованные оболочки. Такая структура по функциям напоминает раковину, хотя выглядит как длинная, тонкая, твёрдеющая трубка. Когда она полностью насыщается соединениями железа и становится слишком жёсткой, бактерия покидает её и создаёт новую. Эти микроскопические чехлы настолько устойчивы, что сохраняются в породах миллиарды лет и становятся важнейшим геологическим маркером.
На Земле подобные образования доставляют немало хлопот коммунальным службам: трубы и фильтры забиваются настоящими "минеральными лесами". Но для науки эти же структуры — ключ к пониманию того, как может выглядеть жизнь, основанная на окислении железа и существующая в суровых условиях.
Марсианская поверхность богата железосодержащими минералами, а полярные и подповерхностные слои планеты давно рассматривают как потенциальное убежище для древней микробной жизни. Планетологи уверены, что в прошлом Марс был куда влажнее: по его поверхности текли реки, существовали озёра и, вероятно, целые моря. Если тогда там жили организмы, похожие на земных железоокисляющих бактерий, в породе могли сохраниться их структурные "подписи".
Микробиологи из Тюбингенского университета в недавнем обзоре для Earth-Science Reviews отметили, что условия на Марсе действительно когда-то могли подходить для существования Leptothrix и других организмов с аналогичным метаболизмом. Следовательно, минерализованные образования — скрученные нити, трубчатые оболочки или иные сложные структуры — могут рассматриваться как возможные биосигнатуры.
Если хотя бы одна из них будет надёжно идентифицирована в марсианском реголите, это станет одним из главных открытий в истории науки.
Задача осложняется тем, что разглядеть объекты размером в десятки микрометров способен только сканирующий электронный микроскоп. Это громоздкое устройство, требующее стабильного питания, вакуума и тщательной подготовки образцов. Разместить такую лабораторию на марсоходе пока невозможно, а программа возврата собранных образцов на Землю оказалась гораздо дороже и сложнее, чем ожидалось.
Ровер Perseverance уже упаковал несколько десятков контейнеров с породами, однако транспортировка этого материала — многолетний проект с неопределёнными сроками.
Авторы исследования предлагают иной путь: разработать компактный электронный микроскоп нового поколения и интегрировать его прямо в будущие посадочные платформы. Миниатюризация научных приборов — растущий тренд в космической технике, и подобный инструмент мог бы впервые провести микроскопический анализ инопланетного вещества на месте.
Учёные считают перспективным не только Марс, но и ледяные спутники — Европу и Энцелад. Под их поверхностью, по расчётам, скрываются глубокие океаны. Энцелад, кроме того, выбрасывает в космос водяной пар через гейзеры. Космический аппарат "Кассини" однажды пролетел сквозь этот шлейф и обнаружил в нём сложные органические соединения. Среди частиц теоретически могут встречаться и кристаллы сидерита причудливой формы — такие структуры на Земле тоже создают некоторые бактерии, живущие за счёт окисления железа.
| Параметр | Земные железоокисляющие бактерии | Возможные марсианские аналоги |
| Источник энергии | Окисление железа | Аналогичные реакции в богатых железом породах |
| Типы структур | Трубки, нити, плёнки | Скрученные образования, минерализованные оболочки |
| Условия существования | Вода, железо, низкий свет | Древние подземные воды, минеральные слои |
| Долговечность следов | Миллиарды лет | Потенциально столь же высокая |
Найти участки с повышенным содержанием железа или гидратированных минералов.
Использовать микроскопические инструменты для выявления структур размером от нескольких микрон.
Сравнить найденные образования с земными образцами.
Проверить химический состав посредством рентгеновской или лазерной спектроскопии.
Отобрать наиболее перспективные образцы для дальнейшей доставки на Землю.
Некоторые модели допускают сохранение подповерхностных водных резервуаров. В таких условиях могут выживать микробы, питающиеся минеральной химией. Если это верно, следы окисления железа могут быть не только реликтовыми, но и относительно недавними — вопрос лишь в том, смогут ли будущие миссии их обнаружить.
| Плюсы | Минусы |
| Не нужно возвращать образцы на Землю | Ограниченный набор приборов |
| Быстрая проверка гипотез | Ограниченная мощность микроскопов |
| Возможность работать в разных точках планеты | Техническая сложность в экстремальных условиях |
| Минимизация рисков для миссий | Невозможность провести полный спектр лабораторных процедур |
Можно ли обнаружить следы микробов обычной камерой марсохода?
Нет. Для структур размером в десятки микрон требуется электронный микроскоп.
Насколько реально создать мини-микроскоп для Марса?
Технологии микроминиатюризации развиваются быстро, и компактные приборы уже тестируются в лабораториях.
Почему ищут следы жизни и на ледяных спутниках?
Потому что под их льдом могут существовать океаны — потенциальные экосистемы, защищённые от радиации.
Миф: жизнь может существовать только при солнечном свете.
Правда: многие земные микробы живут за счёт химических реакций без участия света.
Миф: если жизнь была на Марсе, она оставила бы очевидные следы.
Правда: микробные структуры могут быть крайне малы и скрыты в породах.
Миф: органические молекулы всегда означают наличие жизни.
Правда: органика возникает и абиотическими способами.
Первые находки древних микробных структур датируются более чем тремя миллиардами лет.
Идея поиска жизни на Марсе через геологические биосигнатуры появилась ещё в 1970-х годах после миссий "Викинг".
Открытие гейзеров Энцелада стало толчком к развитию криовулканических исследований.