Magyar Tudomány, 2006/11 1357. o.

Tanulmány



Marsi sötét dűnefoltok: az élet lehetősége a Marson?


Horváth András

Gánti Tibor

a fizikai tudományok kandidátusa,

a biológiai tudomány doktora

tudományos főmunkatárs

Collegium Budapest (Institute for Advanced Study)

Collegium Budapest (Institute for Advanced Study)


Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet


andras.horvath @ colbud.hu




Bérczi Szaniszló

Pócs Tamás

a földtudományok kandidátusa, egyetemi docens

az MTA rendes tagja

Collegium Budapest (Institute for Advanced Study)

Collegium Budapest (Institute for Advanced Study)

ELTE Fizikai Intézet, Anyagfizikai Tanszék

Eszterházy Károly Főiskola Növénytani Tanszéke

Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport




Kereszturi Ákos

Sik András

doktorandusz

doktorandusz

Collegium Budapest (Institute for Advanced Study)

Collegium Budapest (Institute for Advanced Study)

ELTE Földrajz- és Földtudományi Intézete

ELTE Földrajz- és Földtudományi Intézete




Bevezetés


Ha Földön kívüli élet lehetőségéről van szó a Naprendszerben, elsősorban a Marsra és az Europára gondolunk. A vörös bolygó évszakos színváltozásait korábban a marsi vegetáció változásaira vezették vissza, csatornaszerűnek látott alakzatait mesterségesnek tekintették, és feltételezték, hogy felszíni viszonyai hasonlóak a földiekhez. A marsi élet lehetőségének űrszondás kutatását a Viking program kezdte meg 1976-ban. A Viking-1 és -2 műszakilag kitűnően vizsgázott, de életet egyértelműen nem találtak. Bár eredményeiket ma is vitatják, egyes kutatók pozitívnak, mások negatívnak tekintik. Közel húsz évvel később egyes, a Földön talált marsi meteoritokban lévő képződményeket néhány szakember egykori biogén tevékenység eredményének tekintette (1. ábra) - de ebben a kérdéskörben sincs konszenzus (McKay et al., 1996; Friedmann et al., 2001).

A marsbéli élet lehetőségével kapcsolatos feltételezések saját bolygónk ősi életformáinak jobb megismerésére is sarkalltak. Az elmúlt évtized földi biológiai kutatásai rámutattak, hogy egyszerű életformák extrém környezeti feltételeket is túlélnek, esetenként szaporodóképesek maradnak. Találtak már élőlényeket a mélytengeri füstölgők (hévforrások) és más vulkáni központok 100 °C-nál forróbb, a fagyott permafroszt 0 °C-nál hidegebb környezetében, extrém száraz és erős sugárzással bombázott területeken, savas folyókban (Rio Tinto, Spanyolország) és sós sivatagokban, valamint több kilométer mélyen a Föld felszíne alatt. Úgy tűnik, az élet bolygónkat szinte mindenhol "megfertőzte", és sokkal ellenállóbb, mint képzeltük - talán néhány helyen a Marson is fennmaradhatott.

Az új kutatások fényében a Mars kezdetekben (nagyjából akkor, amikor az élet a Földön kialakult) jobban hasonlíthatott bolygónkra, egykor tartósan, s később időnként visszatérően a folyékony víz is megjelent rajta. Más kutatások révén úgy tűnik, egyszerűbb élőlények meteoritok belsejében utazva túlélhetnék az űrbeli utat és a landolást egy másik égitesten, ha pedig ott számukra megfelelő környezetbe kerülnek, el is szaporodhatnak. Ezeket a kérdéseket, az élet lehetséges jelenlétét más égitesteken az asztrobiológia vizsgálja, amelynek fő célpontja külső bolygószomszédunk: a Mars, s ebben a témakörben kezdte meg munkáját néhány hazai kutató több mint fél évtizeddel ezelőtt.


Visszatekintés


1997-ben állt Mars körüli pályára az utóbbi évek legsikeresebb marsi keringőegysége, az amerikai Mars Global Surveyor űrszonda (MGS). Tudományos műszerei között található egy letapogató elven működő optikai kamera (Mars Orbiter Camera - MOC) és egy lézeres magasságmérő berendezés (Mars Orbiter Laser Altimeter - MOLA) is, amelyek mérési eredményei elérhetők nyilvános internetes adatbázisokban.

Az 500-900 nm közötti spektrális tartományban működő MOC maximális felbontása 1,4 m/pixel, egy felvétel átlagos szélessége 3-5 km, hosszúsága pedig 10-55 km közötti. Eddig összesen több mint 200 000 felvételt készített a Mars felszínéről. A MOLA térbeli felbontása kb. 300-400 m, függőleges pontossága viszont 30 cm. A lézeres magasságprofilok egyedi feldolgozásával pontosabban értelmezhetők a MOC-felvételeken látható felszínformák, interpolációjuk alapján pedig előállítható a bolygó kiválasztott területének digitális domborzatmodellje.

A MGS 1998-1999-es képein - korábban nem észlelt - érdekes jelenséget fedezett fel Michael Malin és Ken Edgett amerikai kutató. A Mars déli és északi poláris vidékein a hóval-jéggel borított területeken, tél végén, illetve tavasszal néhány tucat, esetenként néhány száz méter átmérőjű sötét foltok százait észlelték. Malinék felfedezésüket 1998-ban, szublimációs hipotézisüket pedig 2000-ben tették közzé (Malin - Edgett, 2000).

2000 nyarán Horváth András is elkezdte ezeknek a foltoknak a vizsgálatát. A kutatás első szakasza a Mars déli sarki körzetére terjedt ki, mert ezekről a területekről állt rendelkezésre akkor az interneten (http://www. msss.com/moc_gallery/) sok, jó minőségű, nagyfelbontású, valamint áttekintő felvétel. A képek felmérése során kiderült, hogy ezek a foltok ún. fekete dűnéken (Dark Dunes - DDs) találhatók. Ezért a foltokat sötét dűnefoltoknak (angolul Dark Dune Spots - DDSs) neveztük el (2. ábra).

Az első száz felvétel és több ezer folt tanulmányozása után egy meglepő gyanú vetődött fel. Eredetileg abból a tényből kiindulva, hogy a dűnefoltok többsége kör alakú, felmerült, hogy megjelenésükben biológiai folyamatoknak is szerepe lehet. Ekkor kapcsolódott be a munkába Gánti Tibor (aki az MSO hipotézist megalkotta) és Szathmáry Eörs biológus (aki a földi analógiát megtalálta), valamint Bérczi Szaniszló és Gesztesi Albert bolygókutató, illetve geológus. E magyar marskutató csoport tevékenységének eredményeként - a részletes morfológiai (alaktani) vizsgálatokra alapozva - létrejött egy hipotézis a sötét dűnefoltok kialakulásában szerepet játszó és feltételezett marsfelszíni organizmusokról (Mars Surface Organisms - MSOs), azaz a mai marsi életről, ez a DDS-MSO hipotézis (Horváth et al., 2001 és Gánti et al., 2003). Később a marskutatási kör bővült Pócs Tamás biológus akadémikussal, Sik András geográfussal és Kereszturi Ákos geológussal, a munkának pedig a Budapest Collegium (Institute for Advanced Study) adott otthont az Európai Űrkutatási Hivatal (ESA) és a Magyar Űrkutatási Iroda (MÜI) támogatásával. Az alábbiakban a kutatócsoportunk által kidolgozott DDS-MSO hipotézis alapjait ismertetjük.


A marsi élet lehetősége


Az élő rendszerek alapvetően fluid rendszerek, azaz működésükhöz valamilyen folyadékfázis szükséges. A Mars felszínén a jelenlegi fizikai kémiai körülmények mellett más anyag, mint a víz, nem fordulhat elő folyékony állapotban. A marsszondák mérései szerint a H2O mint kémiai vegyület nagy mennyiségben található a bolygón. A kérdés az, hogy folyékony halmazállapotban, azaz vízként előfordul-e. Ugyancsak a marsszondák felvételei alapján igen sok fiatal vízfolyásnyomra emlékeztető képződmény van a kráterekben és egyéb lejtőkön (3. ábra). Ezek azonban a feltételezések szerint rövid idejű vízfolyások, amelyek nem alkalmasak arra, hogy bennük élő ökoszisztémák létezzenek. A marsi légkör nemcsak nagyon hideg és száraz, hanem a légnyomás is igen alacsony. A víz fagyáspontja nem változik számottevően a nyomás függvényében, a forráspontja azonban igen erősen nyomásfüggő. A rendkívül alacsony marsi légnyomás (6-7 mbar) egy földi kémiai laboratórium vákuum szárítószekrényében már tekintélyes vákuumnak számít. Ez azt jelenti, hogy ha meg is jelenik a folyékony víz a Mars felszínén, az igen hamar elpárolog, és nem alkalmas élő ökoszisztémák fenntartására.

Az általánosan elfogadott vélemény szerint a Mars korai, Noachiszinek nevezett időszakában nedves és lényegesen melegebb klíma uralkodott a bolygón, amelyben talán élővilág is kialakult. Később azonban a klíma drasztikusan megváltozott, a légkör nagyrészt eltűnt, a felszíni hőmérséklet és a légköri nyomás lecsökkent. Mindezek következtében a Mars hideg és száraz égitestté vált. Feltételezhető, hogy amennyiben a Marson kialakult élővilág, az maximálisan igyekezett alkalmazkodni a globális változásokhoz. Ez egyrészt azt jelenti, hogy a marsi evolúció során egyre inkább szárazság- és hidegtűrőbb fajok alakultak ki, másrészt, hogy azok az életközösségek tudtak fennmaradni, amelyek számára valamilyen helyi sajátosság következtében a folyékony víz mégis elérhető volt, legalább rendszeresen, viszonylag hosszabb időn keresztül. Ilyen területek lehettek a sarki zónák vagy a marstalaj mélyén lévő régiók, esetleges hévforrások környezetei stb. A marstalaj mélyén lévő feltételekről konkrét ismereteink, mérési adataink nincsenek, hévforrásokat pedig jelenleg a bolygón nem ismerünk. De kutatócsoportunk azt találta, hogy bizonyos helyeken, speciális körülmények között ma is rendszeresen, marsi évenként visszatérően viszonylag hosszú időre megjelenhet a folyékony víz, amely élőhelyet képezhet az egykori marsi élővilág ehhez adaptálódott maradványai számára.

A Mars Global Surveyor nagyfelbontású fotóinak egy része a sarki hósapkákat mutatja. A sarki hósapkáknak sem az összetételét, sem a fizikai állapotát nem ismerjük kielégítő pontossággal, korlátozott megfigyelésekre és feltételezésekre vagyunk utalva. A mérések alapján szóba jöhető komponensek a szilárd szén-dioxid (szárazjég) és a vízjég, de feltételezhető a CO2-klatrát is. A szén-dioxid-klatrát olyan összetett molekula, amelyben 46 vízmolekula egy kalitkaszerű rácsot alkot, és 8 db CO2 molekulát zár magába. A hósapka fizikai állapota sem ismeretes pontosan, anyaga nem folyadékfázis megfagyásával, hanem gázfázisból közvetlenül szilárd fázisba való átmenettel (deresedés, frosting) képződik. Ennek megfelelően a képződéskor a fizikai szerkezete valószínűleg laza hószerű, de a hosszú marsi tél alatt tömörödhet, esetleg tömör jéggé alakulhat. A sarki hósapka eltűnése sem olvadással történik, hanem közvetlen szublimációval, a jég olvadás nélküli elpárolgásával (defrosting).


A sötét dűnefoltok (DDS) morfológiája


A sarki hósapkáról és az évszakos sarkvidéki hótakaróról készült nagyfelbontású felvételeken nagyon sokféle képződmény, folt található, amelyek eredete és tulajdonságaik jelenleg nincsenek kielégítően magyarázva. Legutóbbi csoportosításukat Philip R. Christensen és munkatársai (2005) adták meg. E cikk szerzői ezek közül egy elkülönített csoporttal, a sötét dűnéken kialakuló foltokkal (2,, 4., 5., 6., 7., 8., 9., 11. ábra) foglalkoznak. Legfontosabb jellemzőik: 1. alacsony albedójú területek, azaz a fagyott jég- vagy hótakaróval borított környezetnél sötétebbek, 2. a déli féltekén a 60-85 szélességi fok közötti sávban fordulnak elő (az északi foltok nem képezik e cikk tárgyát), 3. általában kráterekben lévő sötét dűnéken jelennek meg (4. ábra), 4. jellemző belső szerkezetük egy sötétebb magból és egy azt övező világosabb szürkés gyűrűből áll (5. ábra), 5. az átmérőjük 5 és 200 m közötti, 6. a helyi tél végén, tavasz elején jelennek meg, növekszenek, majd nyáron eltűnnek, 7. egy foltos térségen belül marsi évente kb. 50-65 %-os gyakorisággal azonos helyeken jelennek meg (8. ábra).

A foltképződést Malin és Edgett amerikai szakemberek szublimációs folyamatokra (defrosting) vezetik vissza, azonban a DDS-ek esetében a foltok tulajdonságai, kialakulása, fejlődése és más tényezők kizárják, hogy egyedül a defrosting lenne felelős ezek létrejöttéért (Edgett et al., 2000). Természetesen mivel a sarki hósapka eltűnése defrosting folyamattal történik, ennek a jelen esetben is van szerepe. Hugh H. Kieffer (2003) a szén-dioxid hó vagy jég alatt elnyelődő napfénnyel magyarázza némely sötét sarki folt kialakulását, amitől a dűnéken, a fagytakaró alatt gáz fázisú szén-dioxid keletkezik, ami a felszínre tör ("hőkémény"-, jet-, illetve spider-hipotézis). Ennek keretében a fagytakaró anyaga fogy, egyre jobban láthatóvá téve a sötét dűnék felszínét, valamint a gázáramlás finom port ragad magával a dűne felszínéről, ami a fagytakaró tetejére hullik vissza. Ez reális magyarázatnak látszik a DDS-ekhez részben hasonló "fan"-ok keletkezésére. A fanok olyan legyező alakú foltok, amelyek a DDS-mezőkön a sarki régiókban fordulnak elő tömegesen. A DDS-ek más tulajdonságaival azonban ez a magyarázat sem egyeztethető össze.

Véleményünk szerint a sötét dűnéken tavasszal megjelenő foltokat folyékony víz megjelenése alakítja ki. Ezt az álláspontot a következő, az MGS által készített felvételeken látható tények támasztják alá:

1. A foltok kialakulása a jég alján, azaz a talajfelszín és a jégréteg között kezdődik, és fejlődik mindaddig, amíg fölüle a jégréteg el nem szublimál. A szublimáció viszont kizárólag a jégréteg felszínén történik, így nem indukálhat olyan folyamatot, amely a jég alján alakul ki.

2. Az adott foltok csak a sarki területeken található sötét dűnéken fejlődnek ki, nemegyszer egészen pontosan körülrajzolva a dűnék határvonalait (2., 4., 5. ábra). Ez azt jelenti, hogy a dűnék anyaga befolyásolja e foltok kialakulását, képződését, fennmaradását. A dérképződés függhet a felszín minőségétől, mert a felszín kristályosodási gócként hat a jégkristályok keletkezésére. A jégtakaró eltűnése azonban - miután a jég felszínéről történő szublimáción keresztül megy végbe - független az adott talaj minőségétől. Egyedül a szublimációval, azaz a defrostinggal e foltok kialakulása már csak ezért sem magyarázható.

3. A foltok a sík felszínen lényegében kör alakúak, ami azt jelenti, hogy kialakulásuk izotróp (iránytól független) fejlődés eredménye (lásd a 2., 4., 5. ábrákat). A szublimációs folyamatok függnek a marstalaj felszínének a helyzetétől, a napsütés beérkezési szögétől, a légmozgás irányától stb. Ha e foltok kialakulása szublimációs folyamat eredménye lenne, akkor valamilyen módon a talajfelszín egyenetlenségeinek vissza kellene tükröződniük a foltok alakjában. Ilyet azonban nem tapasztaltunk. Vízszintes területen a talaj egyenetlenségétől függetlenül, a foltok kör vagy közel kör alakúak. Ez annyit jelent, hogy keletkezésüket csak olyan folyamat indukálhatta, amely a felszín egyenetlenségeitől független. Miután a sötét dűnék anyaga feltehetően bazalthomok, ez mindenképpen izotróp közegnek tekinthető, és ebben egy folyadékfázis - jelen esetben a folyékony víz - terjedése vízszintes területen iránytól függetlenül történik. Következésképpen ha valamilyen oknál fogva a jég alatt folyékony víz képződik és terjed, akkor ez a jég alatt egy közel kör alakú folt megjelenéséhez vezet. Ez is a folyékony víz szerepét támasztja alá a DDS-ek kialakulásában.

4. Enyhe lejtős terepen a foltok lejtőirányban megnyúlnak, ellipszoidhoz hasonló alakúvá válnak, ahol az ellipszoid nagytengelye a lejtőirányba mutat (lásd a 2., 4. ábrát). Ez azt jelenti, hogy valamilyen lejtőirányú erő hat a foltok kialakulására. Ezt nem a szél hozza létre, mert az eltérő tájolású lejtőkön is mindig lejtőirányú a megnyúlás. Ugyanakkor a lejtésirányba elnyúlt formát a porózus közegben szivárgó folyadék kialakíthatja. Ezért feltételezhető, hogy a foltok kialakulásában folyékony fázis megjelenése játszik szerepet, mert a gravitáció ilyen rövid távon a szublimációs folyamatokat nem befolyásolhatja. A folyadékfázis pedig az adott körülmények között más, mint folyékony víz, nem lehet.

5. Meredekebb lejtőkön a foltokból folyásokra emlékeztető képződmények indulnak ki lejtőirányban. Ezeken a felvételeken már a látvány is azt sugallja, hogy ott folyadékfázis lejtőirányú áramlása történik (6., 9., 10. ábra).

6. A marstalajt magas szélességen télen fehér hótakaró fedi. Ez a hótakaró a nyár elejére elszublimál, és előtűnik a sötét dűnék anyaga (7., 11. ábra). A nyári felvételeken azonban a sötét dűneanyagot világosabb szürke "fantom"-foltok tarkítják (7c., 11d. ábra). A foltok eloszlása és helye megegyezik a DDS-ek eloszlásával és helyével, vagyis ahol tél végén és tavasszal a sötét foltok megjelentek, ott nyár kezdetén a talajt valami eltérő tulajdonságú anyag fedi. Mi lehet e szürke foltok anyaga?

7. Végül az a tény, hogy a DDS-ek tél végén kezdenek megjelenni, és tavasszal teljesednek ki, azt mutatja, hogy keletkezésükhöz valami köze van a napsugárzásnak. Úgy is mondhatnánk, hogy a felvételek tanúsága szerint a sötét foltok a napsugárzás hatására keletkeznek a hó/jégréteg alatt.


A fentebb felsorolt érvek világosan mutatják, hogy a defrosting folyamat nem adhat magyarázatot ezeknek a foltoknak a megjelenésére és fejlődésére. Ugyancsak nem ad magyarázatot a foltok tulajdonságaiból következő folyékony fázis, azaz a víz megjelenésére. De ha nem defrosting, akkor mi okozza a foltokat? Mi teszi lehetővé, hogy a jég alatt víz keletkezzen és maradjon meg hónapokon keresztül folyékony állapotban?


A DDS-ekből kiinduló képződmények


Sok DDS-ből hosszúkás, szürke árnyalatú sáv indul ki. A legérdekesebb képződmények a déli szélesség 69° és a nyugati hosszúság 151° koordinátájú területen találhatók, egy kb. 60 km-es kráter nyugati részén lévő, kb. 10 km átmérőjű és 400 m magas dűne-komplexumon (9. ábra). Az erről készült tél végi és tavaszi képeken 721 olyan sötét, lejtőirányba mutató képződményt vizsgáltunk, amelyek DDS-ekből indulnak ki. Ezeket morfológiájuk alapján első közelítésben két nagy csoportba soroltuk: a diffúz és éles peremű lejtősávok közé.

Mindkét csoportra jellemző, hogy a környező fagytakarónál sötétebbek; szélességük általában a DDS-hez hasonló, amiből kiindulnak; hosszuk lehet a DDS átmérőjénél kisebb, de elérheti annak öt-nyolcszorosát is (többnyire 10 és 200 m közötti); az MGS űrszonda lézeres magasságmérőjének adatai és a megvilágítás alapján rekonstruált domborzati viszonyok szerint a lejtés irányába nyúlnak el; az egymással szomszédos sávok párhuzamosan haladnak; és majdnem az összes esetben a sávok kezdeténél egy DDS található (abban a néhány esetben, ahol DDS nem mutatkozik, igen kisméretű a sáv, feltehetőleg a felbontás határa miatt nem látszik maga a DDS). A két csoport között a legfontosabb különbség, hogy a diffúzaknak nincs éles peremük; emellett a DDS-től távoli elvégződésük felé halványodnak és néha szélesednek; futásuk vonala egyenes, és közel síknak mutatkozó területen is megjelennek.

Ezzel ellentétben az éles pereműek nevükhöz híven éles szegélyt mutatnak; közel sík területen nem fordulnak elő; lejtőirányban elnyúlnak; szélességük alig változik hosszában, de néha keskenyednek; albedójuk nem változik szisztematikusan az elvégződésük felé; az egymáshoz közeli és kicsit görbült futású sávok egymással párhuzamosan görbülnek; elvégződésüknél időnként szintén éles peremű, sötét tócsaszerű folt van, amely az anyag lejtőlábi felhalmozódására utal; az ilyen lejtőlábi foltok alakja a domborzattól függ: ahol hirtelen ér véget a lejtő, ott a lejtés irányára merőlegesen, ahol fokozatosan laposodik el a lejtő, ott a lejtés irányával párhuzamosan nyúlnak el; és az egymáshoz közeli sávok ugyanabban a lejtőlábi "tócsában" is végződhetnek.

A Marson eddig megfigyelt, lejtőkön elhelyezkedő sávokat dominánsan száraz, ritkábban nedves lejtős tömegmozgással magyarázzák. Az eddig megfigyelt száraz, lejtős tömegmozgásoknak tulajdonított képződmények lejtőirányban általában szélesednek, albedójuk a környezetüknél lehet nagyobb vagy kisebb is, és elvégződésüknél jellemzően nem mutatnak a fent említetthez hasonlóan erős anyagfelhalmozódást. Az általunk azonosított diffúz peremű csoport kinézete a szél által létrehozott sávok (kifújt poranyag) elméletileg várható és más helyeken észlelt megjelenésével vág egybe. A lejtőkön megfigyelt gyakori előfordulásukat valószínűleg lejtőszelek magyarázzák. Az éles peremű csoport tagjainak jellemzői és kialakulása ugyanakkor hasonló elgondolással nehezen magyarázható.

Az éles peremű lejtősávokat létrehozó DDS-ek és az egyes lejtősávok között az alábbi összefüggések mutatkoznak: a DDS szélessége és az általa létrehozott lejtősáv szélessége között kapcsolat van (korrelációs faktor R=0,48); a lejtősáv végén felhalmozódó tócsaszerű képződmény területe általában kisebb vagy maximum akkora, mint a DDS területe; minél nagyobb egy DDS, annál valószínűbb, hogy lejtősáv indul ki belőle; a megfigyelt esetekben minden 20-25 méternél nagyobb lejtőn vagy annak peremén lévő DDS-ből kiindult lejtősáv. Mindezek arra utalnak, hogy a DDS-ek és a belőlük kinyúló lejtősávok között valamilyen térfogaton alapuló kapcsolat is létezik, és a 20-25 méteres átmérő azt a kritikus értéket jelezheti a DDS-ek esetében, amelynél azok a vizsgált lejtőszögek (18-31 fok) mellett már nem képesek magukban tartani a lejtőn meginduló és a lejtősávot alkotó anyagot.

A lejtősávok időbeli visszatérési jellemzőit az E07-00808 és az R07-00938 jelű felvételek alapján vizsgáltuk; ezek közel ugyanazt a területet mutatják 2001. 08. 13-án (Ls =213.51°) és 2003. 07. 13-án (Ls = 220.74°). Mindkét felvétel a helyi tavasz során készült, az évszakos fázis szerint 13,7 földi nap különbséggel (10. ábra). A két eltérő évben megjelent foltokból kiinduló lejtősávok összehasonlításának eredményei az alábbiak: a lejtősávokban gazdag területek mindkét évben hasonló térségben jelentkeztek, de az egyes lejtősávok helyzete általában nem pontosan fedte le egymást; az évszakos fázis szerint később készült felvételen a lejtősávok "fejlettebbek" voltak: a DDS-ek nagyobb százalékából indult ki lejtősáv (75 % / 37 %), a lejtősávok átlagos hossza is nagyobb volt (63 m / 55 m), a sávok nagyobb hányada végződött tócsaszerű képződményben (50 % / 10 %). Mindezek alapján a lejtősávokat létrehozó folyamatok évszakosan visszatérnek, és ha feltételezzük, hogy a két eltérő marsi évben készült felvételek közti különbségeket nem véletlenszerű eltérések, hanem az évszakos fázisban jelentkező 13,7 földi nap különbség okozta, ez az évszak előrehaladtával hasonló jellegű, fokozatos fejlődésre utal.

A megfigyelt lejtősávok kialakulásának magyarázatát keresendő négy modellt vizsgáltunk meg: a száraz lejtős tömegmozgás, a folyékony szén-dioxid, a folyékony víz és a gáz fázisú szén-dioxid lehetőségét. Ezek közül a folyékony vizet tartalmazó modell egyeztethető össze legjobban a megfigyelésekkel - amennyiben a folyékony állapot fenntartásának kevéssé ismert elméleti problémájától eltekintünk. A lejtősávok megfigyelése tehát kedvez a víz előfordulásának, amennyiben utóbbi létezésének - egyelőre kevéssé ismert - fizikai háttere biztosított.


DDS-MSO hipotézis


A cikkben eddig vázolt kérdések megoldására dolgozta ki kutatócsoportunk a DDS-MSO hipotézist (DDS - Dark Dune Spots, MSO - Mars Surface Organism). A hipotézis ismertetésénél abból indulhatunk ki, hogy ha volt valaha a Marson élővilág, a marsfelszíni körülmények drasztikus változásához az élő rendszerek maximálisan próbáltak alkalmazkodni. Ez az élővilág döntő többségének nem sikerülhetett, a változások roppant erős mértéke miatt. De visszamaradhattak olyan, a fejlődés alacsonyabb fokán lévő rendszerek, amelyek egyes helyeken megtalálhatták az évenként rendszeresen visszatérő életfeltételeiket, miközben a kedvezőtlen időszakot beszáradt, fagyott állapotban igyekeztek túlélni. Ha ez bekövetkezett, akkor ezeknek az élőlényeknek a fotoszintézishez nagy abszorbcióképességű festékanyagokat kellett kifejleszteniük, hogy a beérkező fényt hasznosíthassák. Ha ilyenek maradtak fenn azokon a területeken, amiket vízjég/vízhó fed, akkor ezek tél végén, amikor a Nap felkel, a hó- és jégrétegen keresztül jutó napsugarakat elnyelik, miközben maguk felmelegednek. Így maguk körül, a talaj és a hó/jégréteg között megolvaszthatják a vízjeget. Ily módon a jég alatt folyékony víz keletkezhet, amelyben ezen marsfelszíni organizmusok (MSO-k) megtalálhatják az életfeltételeiket.

Kérdés persze, hogy amikor a külső hőmérséklet -60 -70 oC-ot is elérhet, a jég alatti vízlencsék miért nem fagynak meg? A válasz a jég/hóréteg, valamint a benne rekedt, gyenge hővezetőképességű gázfázis jó hőszigetelő képességében rejlik.

Az utóbbi években számos szerző foglalkozott a jégben, illetve a jég alatt az élet lehetőségével. Az állandóan fagyott szibériai permafroszt-talajokon, valamint az antarktiszi jégtakarón végzett vizsgálatok egyértelműen azt mutatták, hogy a prokarioták és a sarki zuzmók legalább -15, sőt -17 °C fokig képesek olyan mértékű anyagcserét folytatni, ami nemcsak a fennmaradásukat, de lassú szaporodásukat is lehetővé teszi. Úgy tűnik, e hidegtűrő organizmusokban a citoplazma víztartalma eddig a hőfokig nem fagy ki.

Kérdés persze az is, hogy a jég alatti olvadt víz miért nem párolog el igen gyorsan, hiszen a marsi légkör nyomása igen kicsi, mindössze 6 mbar körüli, ami nagymértékben megnöveli a víz párolgási sebességét. A párolgási sebesség nemcsak a hőmérséklet és a nyomás függvénye, hanem mindenekelőtt a folyadékfázis fölötti légréteg relatív páratartalmáé is. A jégréteg alatt azonban a levegő relatív páratartalma telített (feltehetőleg közel tiszta vízgőzből áll), így ott párolgás egyáltalán nincs, mindaddig, ameddig a jégréteg el nem tűnik.

A tél vége felé és a tavasz elején a napsugárzás erősödésével, a besugárzás hosszának és a beesési szögnek a növekedésével a foltok egyre intenzívebbé válnak, jeléül annak, hogy a jég alatti vízlencse egyre vastagabbá és kiterjedtebbé válik. Ahol a vízlencse megjelenik, ott a jég/hóréteg szublimálása is intenzívebb, hiszen nemcsak fölülről, de alulról is melegedik. Ezért ezen a helyen az elszublimálási folyamat gyorsabban megy végbe, mint az egyéb helyeken. Ennek következtében a folt közepén szublimál el először a fölötte lévő hó/jégréteg, és ekkor az egyébként szürke folt közepén egy sötétszürke-fekete mag jelenik meg (7., 11. ábra). A csupasszá vált sötét dűnefelszín több napfényt nyel el, mint amennyi a havon átszűrődve korábban lejutott, ezért az ilyen sötét területek erősen felmelegednek. Ha a dűnék anyaga oldalirányba vezet hőt, az szintén fontos hőforrás lehet a vízjég olvadásához és az MSO-k élettevékenységéhez. A foltokban uralkodó hőmérséklet meghatározása fontos feladat, azonban jelenleg a szondák detektorai csak a fagyott réteg tetején mérhető hőmérsékletet tudják durván közelíteni, azt is csak a foltok méreténél lényegesen rosszabb felbontással. Egyetlen biztos támpont a foltok eltűnése utáni felszíni hőmérséklet, utóbbi több helyen nulla fok közelében, illetve kissé fölötte mutatkozik.

Lejtős terepen természetesen a jég alatti vízre is hat a gravitáció, amelynek következtében a folt növekedése lejtőirányban meggyorsul (lásd 2., 4., 6., 9., 10. ábrákon). Meredekebb lejtők esetén a vízlencse olyan vastaggá válhat, hogy kisebb lejtőirányú mélyedésekben intenzív szivárgás indulhat meg, és így okozhatja a "megfolyásokat" (lásd 6., 9., 10. ábrák). Nyár elejére a hóréteg teljes eltűnése után az MSO-k is beszáradhatnak, és a talajfelszínt borító vékony rétegként maradhatnak vissza. Ezek jelentkezhetnek szürke foltként azokon a felvételeken, amiket az orbiterek nyári időszakban készítettek a sötét dűnék felszínéről (7. e, f és 11. d ábra).

Az elmondottak képezik a DDS-MSO hipotézis magját. Lényege tehát, hogy a téli időszak végén a Mars sarki területein található dűnéken megjelenő foltok folyékony víz megjelenésére vezethetők vissza, amely folyékony víz a jég és a marstalaj határán a napsugárzástól, az ott lévő marsfelszíni organizmusok közreműködésével jön létre, ezáltal életteret biztosítva e marsbéli organizmusok számára. Hogy mik ezek a feltételezett organizmusok, arra ma nem lehet választ adni. Tapasztalataink kizárólag a földi élővilággal kapcsolatban vannak, és egyáltalán nem biztos, hogy ha egy másik bolygón földi típusú élet alakult ki, annak az evolúció során ugyanilyen vagy hasonló rendszertani szerkezetű élővilága lesz. Hacsak például az élőlények egyik bolygóról a másikra át nem kerültek meteoritok közvetítésével (lásd az 1. ábrát). Csak arra lehet következtetni, hogy az élőlények alapvetően fotoszintetizáló rendszerek lehetnek, és hogy az élővilág szervezettségének valahol az alsó szintjéhez tartozhatnak. Ezért adtuk ezen élőlényeknek az összefoglaló marsfelszíni organizmusok (Mars Surface Organisms - MSO) nevet. Ha mégis a földi élővilághoz akarjuk hasonlítani ezeket, akkor azt mondhatjuk, hogy ezek baktérium-, kékalga- vagy (funkcionális szempontból) zuzmószerű élőlények lehetnek.

A DDS-MSO hipotézis ma már kezdi kinőni az egyszerű hipotézis kereteit, és egyre inkább elméletté fejlődik. Az előzőekben láttuk, hogy azokat a jelenségeket, amelyeket mint tényeket a marsi felvételekből ki lehetett olvasni a DDS-ek tulajdonságaira vonatkozóan, és amelyeket az egyszerű defrosting jelenség nem tud értelmezni, a DDS-MSO hipotézis meg tudja magyarázni. De a fentieken túlmenően egyéb jelenségekre, például a foltok finomszerkezetére is magyarázatot tud adni.

Az egyes foltok tulajdonságainak részletes vizsgálata során a következőket lehetett megállapítani: tél végén először egységesen szürke foltok jelennek meg a fehér hótakarón. Az idő előrehaladtával a foltok közepe táján egy sötét (a felvételeken fekete) központi mag jelenik meg, amelyet, mint említettük, a felette lévő hó eltűnésével értelmezünk. A finomabb vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy az esetek egy részében az eredetileg szürke és a fekete zóna határán egy világosabb gyűrű helyezkedik el (5. ábra). Ennek a keletkezését a DDS-MSO hipotézis segítségével a következőképpen magyarázhatjuk. A szürke zónából - miután ott folyékony víz van a hóréteg alatt - a marstalaj mentén folyamatosan víz szivárog a leszáradt fekete zóna határára. Itt, mivel a hóréteg védő hatása megszűnik, a víz az alacsony légnyomás miatt a hideg ellenére igen gyorsan elpárolog. De ugyanakkor a külső térben uralkodó nagy hideg e párát mindjárt dérképződésre készteti, vagyis e két réteg határán folyamatosan új dérképződés indul meg. E frissen keletkező dér okozhatja a fekete mag és a szürke zóna közötti világosszürke gyűrűt.

Felmerül az a kérdés is, hogy miért csak a sötét dűnéken találhatók ilyen foltok, és miért nem találhatók a környező egyéb területeken. Malin és Edgett amerikai szakértők megfigyelései szerint a deresedés a déli póluson, a sötét dűnéken kezdődik, és tavasszal legutoljára a sötét dűnékről tűnik el a hótakaró. Ez annyira markáns jelenség, hogy a dűnék körvonalai ekkor élesen kirajzolódnak a környező, már sötét felszíntípusok között. Feltehető, hogy a marsi hósapka képződése a vízdér képződéssel kezdődik, vagyis a lehűlés során először vízdér kristályosodik ki, és csak jóval később követi a klatrát és esetleg a szén-dioxid hó kicsapódása. Ez azt jelenti, hogy a dűnéken, ahol először kezdődik meg a deresedés, vízdér borítja a felszínt, és a dér viszonylag hosszú ideig úgy növekszik, hogy a dűnék területén kívül még nincs dérkicsapódás. Ezért a dűnék felszínét borító vízdér valószínűleg vastagabb réteget képez, mint a környező területeken. Emiatt elsősorban itt van lehetőség tavasszal folyékony víz megjelenésére és az élő szervezetek működésére, hosszú hónapokra: földi hónapokban számolva mintegy hat hónapra. Ez az időtartam elegendő arra, hogy ott élettevékenység folyjék, hiszen nagyjából megfelel a földi mérsékelt övi vegetációs periódus időtartamának.

De van még egy másik tényező is, ami beleszólhat abba, hogy csak a sötét dűnéken találhatóak ezek a tipikus foltok. A Mars talaja általában vörös a benne található vasvegyületektől, elsősorban a hematittól (Fe2O3). A Viking-mérések alapján a marstalaj erősen oxidáló tulajdonságú. Ezt arra vezetik vissza, hogy a Mars felszínén lévő igen intenzív ultraibolya sugárzás a vas-oxidokkal kölcsönhatásba lépve peroxidokat és szuperoxidokat, azaz igen erősen oxidáló anyagokat hoz létre. Ezek megtámadják és eloxidálják a szerves vegyületeket, ily módon szétroncsolják az élő szervezetek anyagait is. A sötét dűnék anyagának a színe nem vörös, hanem sötétkék-sötétlila. Ez annyit jelent, hogy a dűnék anyagában nincs annyi vas-oxid, itt tehát nem várható az UV sugárzás következményeként annyi peroxid megjelenése. Ezért a marsfelszíni organizmusok a beszáradás után a nyári időszakban nincsenek olyan mértékben kitéve a peroxidok oxidáló hatásának, mint az egyéb területeken. Itt tehát a beszáradt organizmusok túlélési valószínűsége nagyobb a következő téli időszakig, mint az a sötét dűnéken kívüli területeken várható lenne.

Ez átvezet bennünket a következő kérdéskörhöz. A Mars légköre nem nyújt védelmet az UV sugárzás ellen, ezért a felszínén sokkal nagyobb az UV sugárzás intenzitása, mint a Földön - ez pedig a mikroorganizmusokat elpusztíthatja. Hogyan élhetik túl az MSO-k ezt az egyébként halálos UV sugárzást? A választ két részre kell osztani, mi történik funkcionáló, működő állapotban és mi beszáradt állapotban. Funkcionáló állapotban az MSO-k jég alatt működnek. A hipotézis kidolgozásának idején feltételeztük, hogy a vízjég és a vízhó is igen erősen abszorbeálja az UV sugarakat, 1-2 dm-es hó vagy jégréteg már teljes védelmet nyújthat a mikroorganizmusoknak az UV sugárzással szemben. Charles S. Cockell és mukatársainak vizsgálatai szerencsére megerősítettek bennünket ama hitünkben, hogy jó nyomon járunk. Elsősorban hó az, ami ilyen vastagságban kellően hatékony szűrőként tud működni (Cockell et al., 2005; Córdoba-Jabonero et al., 2005). A sarki területek közelében valóban előfordulhat ilyen vastagságú és a hóhoz közeli szerkezettel bíró takaró. A saroktól távolabb, illetve a hóréteg tavaszi vékonyodásával minden évben ennél kedvezőtlenebb körülményekkel számolhatunk. Ilyen feltételek mellett, illetve akkor, amikor az összes jégtakaró eltűnt a felszínről, az a földről ismert stratégia jelentheti a megoldást, hogy az organizmusok a néhány mm-es porréteg alá vándorolnak. Érdekes módon ez még a fotoszintézist is megengedheti (lásd alant). Végül, meg kell jegyezni, hogy evolúciójuk során hatékony védelmet is kifejleszthettek e sugarak ellen, amire a Földön is számos példa akad, elsősorban a kékalgák körében.

A DDS-MSO hipotézis felállítása idején e két jégréteg közötti, azaz a fagyott marstalaj és az őt borító jég/hó réteg közötti élet lehetősége hipotézis volt, amely az ismert fizikai és biológiai tapasztalatokból logikusan következhetett. Közben kiderült, hogy ilyen ökoszisztémák a Földön is léteznek, az Antarktiszon ugyanis vannak ún. száraz völgyek, amelyekben tavak találhatók. E tavakat vastag és állandó jégréteg fedi. Az egyik ilyen tóban a jégréteget átfúrva azt tapasztalták, hogy a 6 m-es vastagságú jég középtáján, úgy 3 m mélységben, a jégben egy porréteg húzódik, amelyet valamikor az idők folyamán a szél hordott a jég akkori felszínére. Nos a két jégréteg között e porréteg a napsugárzás hatására felmelegszik, ott zárt vízlencsék keletkeznek, és ezekben a vízlencsékben algák és egyéb mikroorganizmusok élnek teljesen zárt ökoszisztémában, azaz a külvilággal nem érintkezve. Az ott élő mikroorganizmusok biztosítják saját életközösségeik számára a tápanyagok körforgását. Ez lényegében hasonló életfeltételeket jelent, mint amilyeneket a Marson a DDS-MSO hipotézis feltételezett.


Földi analógiák


Sok fenti kérdés megválaszolásában segíthet, ha a feltételezett MSO-k életkörülményeihez minél hasonlóbb földi analógiákat vizsgálunk. Feltételezhető, hogy ha az élet a Marson még jelen van, az ott is fehérjék vizes fázisához kötött. Egyes számítások alapján a marsi sarkvidéki tavasz vagy nyár idején a marstalaj, illetve kőzetfelszín felső néhány centiméteres rétegében talán megolvad a vízjég, és ugyanezek a területek nyáron kiszáradnak. A viszonylag kedvező hőmérsékleti és vízellátottság feltételei rövid ideig állhatnak fenn, akkor is a földihez viszonyítva más összetételű légkör és magasabb UV sugárzás, valamint sokkal kisebb légnyomás mellett. Az esetleg itt élő szervezetek rövid aktivitás után hosszú ideig nyugalmi állapotba kerülhetnek, amely idő alatt kiszáradt állapotban, az év nagy részében igen alacsony hőmérsékletnek vannak kitéve, amit túl kell élniük.

Természetesen ilyen környezeti feltételek egy az egyben, földi viszonyok között nem fordulnak elő, de azért nálunk is vannak élőhelyek, amelyek a marsi viszonyok egyes komponenseihez hasonlók. Például a hosszú ideig igen alacsony hőmérsékletű és csak rövid ideig, a felszínen olvadó sarkvidéki permafroszt talajok a marsi dűnefoltok hőmérsékleti analógjai. Ugyanakkor a rövid ideig nedves, az év vagy évek nagy részében igen száraz és forró sivatagok és félsivatagok, különösen az azokban előforduló talajmélyedések, ahol a víz egy ideig meggyűlik, majd hosszú időre teljesen kiszárad, és benne a sótartalom koncentrálódik, a dűnefoltok időszakosan drasztikusan megváltozó vízviszonyait modellezik számunkra (12. ábra).

Földi viszonyok között e biotopokban kereshetjük azokat a modellélőlényeket, amelyek analógjai a marsi dűnefoltokon előfordulhatnak. Ilyenek elsősorban a baktériumok körében találhatók. Roseli Ocampo-Friedmann és Friedmann E. Imre (1995) többször utaltak az autotrof cyanobaktériumokra (közönségesen: kékmoszatokra, cyanoprokaryotákra), mint lehetséges marsi élőlényekre. Később igen idős korú marsi meteoritban vasbaktériumokra utaló nyomokat fedeztek fel (Friedmann et al., 2001).

Különösen érdekesek lehetnek számunkra az olyan élőlények, amelyek mindkét extrém ökoszisztémában megtalálhatók. Ilyenek egyes cyanobaktériumok, például a Gloeocapsopsis fajok vagy a Microcoleus vaginatus, amelyeket megtaláltunk mind az Antarktisz, mind a Szahara talajában. Ezek a coccus alakú vagy fonalas cyanobaktériumok esetleg vasbaktériumokkal és kénbaktériumokkal társulva a talaj felszíni rétegeiben ún. kryptobiotikus kérget (cryptobiotic crust, biological soil crust) alkotnak, és maximálisan ki tudják használni a rövid ideig tartó kedvező életfeltételeket. Ilyen formában a főleg cyanobaktériumok alkotta kryptobiotikus kéreg a marsi dűnefoltokban előfordulható életformák egyik analógiája lehet (Pócs, 2006).

Mi teszi a talaj- és sziklalakó cyanobaktériumokat különösen alkalmassá az extrém életfeltételek elviselésére, sőt kihasználására? A szárazföldi fajok legtöbbjének polysaccharidokból álló kocsonyaburka van, amely elősegíti a gyors vízfelvételt és lassítja a kiszáradást, maximális időtartamra biztosítva a szén-dioxid-asszimiláció lehetőségét. Ugyanebben a kocsonyaburokban sajátos UV-szűrő pigmenteket halmoz fel, így a lilásbarna színű, dimér indol-alkaloid scytonemint, valamint a vörös-ibolya gloeocapsint. Az extrém élőhelyeken ezek segítségével védve van a káros mennyiségű ultraibolya sugárzástól. Magában az élő sejtben pedig mycosporin fejt ki védő hatást az UV sugárzás DNS-pusztító hatásával szemben. A közeljövőben elérhető spektrofotometrikus vizsgálatok kideríthetik, hogy a sötét dűnefoltokban esetleg éppen ezeket a védőpigmenteket láthatjuk.

Ugyanakkor a cyanobaktériumok vezetnek az élővilágban magas hő- és hidegtűrő képességükkel is. A szubtrópusi sivatagokban 70 °C-ra felmelegedő felszíneken ugyanúgy megtalálhatók, mint az Antarktisz -70 °C fokra lehűlő kősivatagjaiban. Kimutatták, hogy -10 °C-ig még képesek növekedni, és -30 °C hőmérsékletig még asszimilálnak. Inaktív állapotban, a sarki jégben vagy permafroszt talajokban évmilliókig életképesek maradnak (Friedmann 1994), ami biztosíthatná a marsi télben, sőt, a meteoritokban való túlélésüket is egy lehetséges bolygóközi utazás során. Szárazságtűrésük is közismert, hiszen Földünk legszárazabb élőhelyein szinte csak cyanobaktériumok fordulnak elő. Érdekes, hogy a félsivatagi, cyanobaktériumok alkotta kryptobiotikus kéreg asszimilációs intenzitása vetekszik az ott élő magasabb rendű növényekével, azokkal szemben viszont még egészen alacsony nedvességtartalom mellett is aktívak.

Ezenfelül a kékalgák egyes fajainak sótűrő képessége olyan magas, hogy telített konyhasó vagy szódaoldatból álló tavakban (például a kenyai Magadi-tó) vagy az év nagy részében kiszáradt szaharai és ausztráliai sottokban is tömegesen fordulnak elő. Ez azért fontos a marsi élet lehetőségei szempontjából, mert az időszakosan átnedvesedő és kiszáradó dűnefoltok felszíni rétegeiben valószínűleg nagyfokú a sófelhalmozódás. Ez pedig a marsi atmoszférában a cseppfolyós halmazállapotú víz mindössze 4 foknyi hőmérsékleti intervallumához képest sokkal szélesebb hőmérsékleti sávban biztosít nedvességet és így életlehetőséget.

Kriptobiotikus kéreg formájában való előfordulásuk pedig különleges túlélési stratégiákat takar. Megfigyeléseink szerint például sivatagok legfelső talajrétegében rendszeresen pigmentdús fajokat találunk, amelyek az UV sugárzást kiszűrik, és életfeltételeket biztosítanak az alattuk élő, kevésbé UV-toleráns fajoknak is. Még érdekesebb megfigyelés, hogy a kocsonyahüvelyben, kéveszerű fonalkötegekben élő Microcoleus fajok a kedvezőtlen évszakban kocsonyaburkukból kibújva pár milliméterrel a talaj felszíne alá húzódnak, ahol új kocsonyaburkot képeznek maguk köré, majd az esők beköszöntével újra a felszínre kúsznak. A Gloeocapsopsis fajok egy része pedig közismerten a szikla felszíne alatti rétegben él (endolithikus), képes a kvarcos kőzetekbe is belemarni telepeit. Ha a marsi dűnefoltokon van élet, valószínű az is a felszín alatti rétegben fordul elő, ahol a szervezetek jobban védve vannak a szélsőségektől.

Végezetül meg kell emlékeznünk Lynn Rothschild felfedezéséről, aki a Kaliforniai-öböl környékén a felszíni porréteg alatt talált fotoszintetizáló bakteriális telepeket. 1995-ös eredménye egyben munkánk legfontosabb intellektuális előzménye, minthogy cikkébe nyíltan utalt a lehetséges marsi analóg életformára. Mint mondtuk, az ultraibolya sugárzás elleni védekezésnek ez egy igen hatékony módja.


Kamrakísérletek


Bármilyen földi élőlény marsfelszíni túlélési esélyeit olyan Mars-szimulációs kamrákban lehet mérni, amely a valódi marsi környezetnek csak korlátozott és részleges utánzása - mégis sok új ismeretet nyújt. Az ilyen kamrákban a legfontosabb szimulálandó paraméterek: alacsony légnyomás, alacsony hőmérséklet, szén-dioxid légkör, ultraibolya sugárzás és a légkörben lévő vízpára mennyisége. Mindezeket együttesen lenne ideális vizsgálni, de a megvalósítás még külön-külön is nehéz. Az eddigi szimulációk nagy része ezért csak néhány egyedi környezeti paramétert vett figyelembe.

A kísérletek jelentős része nem a speciális viszonyok alatti élettevékenységet, hanem az egyszerű túlélési képességet vizsgálja. Azt elemzi, hogy bizonyos "kellemetlen" környezeti paraméterek közepette eltöltött idő után ismét életképes lesz-e az egyed. Annyi mára kiderült, hogy sok élőlény igen szélsőséges viszonyokat képes túlélni, úgy, hogy közben tetszhalott állapotba kerül. A legnépszerűbb példa a Surveyor-3 kamerája, amelyben egyes mikrobák három évig tartózkodtak a Hold felszínén, hidegben, tápanyag, légkör, sugárvédelem nélkül - majd a Földre visszatérve ismét életképesek lettek. Ugyancsak sokat emlegetik a Deinococcus radioduranst, amelynek a sugárzással szembeni ellenálló képessége akkora, hogy atomreaktorok hűtővizében is megél, de emellett jól bírja az erős hiperoxidokat, a szárazságot stb. Egyes élőlények meteoritok belsejében egy bolygóközi utazást is átvészelnének, beleértve a kirobbanást az űrbe, és végül a meteorit becsapódását egy másik égitest felszínébe. Az eddigi kamrakísérletek alapján sok földi élőlény a Mars felszínén minimális védelem (deciméteres vastagságú vízjég, milliméter vastag homok) alatt túlélné a szélsőséges viszonyokat.

A kísérletek másik csoportjában az extrém életfeltételek alatti élettevékenységet vizsgálják - ez állhat közelebb az esetleges valódi helyzethez. Ilyen kísérleteket végeztek például Sakon és kollégái, akiknek az antarktiszi szárazvölgyből szerzett mikrobái 0 °C körül, a marsbéli regolit feltételezett kémiai viszonyai között, az alacsony légnyomás és a szén-dioxid légkör alatt hosszú percekig aktív fotoszintézist folytattak. Néhány metanogén baktérium is túléli az alacsony légnyomást, az erős ultraibolya sugárzást és a fagypont körüli hőmérsékletet, ezek szintén megélnének mai ismereteink szerint a bolygó felszínéhez közel, akár már néhány centiméter mélyen a felszín alatt. A földi élőlények a kopár felszínen fagy, por- és jégborítás nélkül, az eddigi eredmények alapján rövid ideig képesek életben maradni. A Bacillus subtilis esetében a marsi nyomást, hőmérsékletet és ultraibolya sugárzást szimulálva ez az időtartam mindössze 10-20 perc volt. Általánosságban elmondható, hogy a legerősebb korlátozó faktor az ultraibolya sugárzás, ha a felszínt nézzük (de már néhány dm hó vagy néhány mm por, illetve homok elég védelmet nyújthat). Ha a hőmérséklet -10, -20 °C alá süllyed, talán a legkevésbé zavaró a szén-dioxid légkör, emellett az alacsony légnyomás sem jelent minden esetben azonnali kiszáradást.


Összefoglalás


Akár hipotézisnek, akár elméletnek tekintjük a fentieket, mindenképpen feltételezések. Igaz, mint láttuk, sok konkrét tény támasztja alá e feltételezések helyességét, és e tények száma a hipotézis felállítása óta gyarapodott (Szathmáry et al., 2006). Mindez azonban még nem jelenti azt, hogy a DDS-MSO hipotézis bizonyított lenne. Kérdés, hogyan lehet e hipotézist bizonyítani? A végleges bizonyítékot természetesen csak e foltok közvetlen vizsgálata adhatja meg, azaz végső választ a kérdésre akkor remélhetünk, amikor e foltokból mintákat hozunk földi laboratóriumokba, vagy amikor emberi vagy robotokkal végzett Mars-expedíciók a helyszínen végeznek erre vonatkozó célzott vizsgálatokat. Sajnos erre még sok esztendőt kell várni. A bizonyítékok azonban egyre erősödhetnek és sokasodhatnak. Mindenekelőtt már a közeljövőben várhatók olyan spektrális vizsgálatok, amelyek nagy biztonsággal bizonyíthatnák a hipotézis realitását. Amennyiben sikerülne kimutatni, hogy a foltok területének a spektruma lényegesen különbözik más marsfelszíni területek spektrumától, és fotoszintetikus vagy akár védőpigmentek spektrális tulajdonságait is mutatja, ez már majdnem döntő bizonyíték lenne a hipotézis helyességét illetően. Reméljük, hogy erre néhány éven belül sor kerülhet.

Végül néhány szót a hipotézis jelentőségéről. Azt talán nem kell fejtegetni, hogy milyen jelentőségű lenne, ha a hipotézis igaza bebizonyosodna, hiszen ez azt jelentené, hogy eldőlt az évezredes kérdés: van-e a Földön kívül élet. Ennek filozófiai, világnézeti és tudományos szempontból egyaránt óriási lenne a jelentősége. És mi van, ha a hipotézis tévesnek bizonyul, ha kiderül, hogy a DDS-ek fejlődése más mechanizmussal magyarázható - ha kiderül, hogy nem marsfelszíni organizmusok jelenléte hozza létre ezeket a foltokat? Nos, ebben az esetben is marad tudománytörténeti jelentősége, hiszen ez az első olyan hipotézis, amelyik a Földön kívüli életre konkrét, helyben végzett megfigyelések alapján, konkrét mechanizmusok feltételezésével, tesztifikálható módon tételezi fel egy más égitesten élő rendszerek jelenlétét. És még ebben az esetben is magáénak mondhatja a hipotézis azt az önmagában sem jelentéktelen részsikert, hogy rámutatott, milyen mechanizmus révén létezhet ma a Mars felszínén hosszabb időn keresztül folyékony fázisú víz.


A cikk szerzői köszönetet mondanak az Európai Űrkutatási Hivatalnak (ESA) az ECS-project 8004-es számú pályázat elfogadásáért, valamint a Magyar Űrkutatási Irodának (MŰI) a támogatásáért. Pócs Tamás külön köszönetet mond az OTKA támogatásáért, az ALCO és a Művelődésügyi Minisztérium Szilárd Leó-ösztöndíjáért.


Kulcsszavak: Mars, élet, asztrobiológia, víz, dűnék, sötét dűnefoltok, DDS, DDS-MSO hipotézis



1. ábra * Az ALH84001 jelű marsmeteorit (balra), melyben David McKay és NASA-kutatócsoportja nanobaktérium kristályosodott nyomait vélte felfedezni 1996-ban; és a Friedmann Imre által talált magnetitlánc e meteorit belsejében (jobbra, nyilak)

2. ábra * A Mars déli pólusán (balra) tél végén, tavasz elején a hóval fedett dűnéken (jobbra, B) kör alakú, sötét foltok tűnnek fel. E foltok a dőlt részeken (jobbra fent) megnyúlt, lefolyás jellegű formát mutatnak. A hóborítás nélküli dűnedomb nyáron és ősszel csaknem fekete tónusú (középen, A) (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

3. ábra * Az egyik déli fantomkráterben lévő repedés lejtőin sötét foltokkal pettyezett, folyásnyomra emlékeztető képződmények (gullies) láthatók (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

4. ábra * Kör alakú, illetve megnyúlt sötét dűnefoltok (b, c) egy 30 km átmérőjű déli kráter (a) dűnedombján (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

5. ábra * A DDS-ek belső szerkezete az MGS 1999. 09. 05-én Ls=200,6°-kor rögzített MOC M07-00853 képe alapján. a) DDS-ek egy kráterbeli dűnemezőn (-65°, 15,55°W); b) d) f) kinagyított részletek; c) e) g) az előbbi nagyításokon a DDS-ek részletei eltérő szürke árnyalatokkal kiemelve (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

6. ábra * A Lyell-kráter ( -17°, 69°W) erősebben dőlt dűne terepén a sötét dűnefoltokból lefolyásos alakzatok indulnak. Alul láthatók a magasabb, felül pedig az alacsonyabb területek (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

7. ábra * A marsi sötét dűnefoltok évszakos változása tél végétől nyár közepéig, az ún. Inca City régióban (-82°, 64°W). A nyári képen (c) tűnnek elő a világos szürke "fantom"-foltok (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

8. ábra * A sötét dűnefoltok éves visszatérésének vizsgálata az 1999. évről a 2001. évre. Az a képen (1999. 09. 15., M07-02775, Ls= 207°) kerettel jelölt területet (b) hasonlítottuk a következő marsi évben hasonló fázisban (Ls) készült felvétel azonos részterületével (c, 2001. 08. 02., E07-00101, Ls=207°). A negatív képek (d, e) kivonása adta meg az 1999-ben és 2001-ben is azonos helyen megjelent sötét dűnefoltok pozícióját (fehér foltok) (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

9. ábra * Sötét dűnedombok dőlt rézsűin a DDS-ekből kiinduló és lefelé keskenyedő alakzatok (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

10. ábra * Sötét lejtősávok egy dűnemezőn (d. sz. 69,17 ny. h. 150,8) 2001-ben (E07-00808 kép) és 2003-ban (R07-00938 kép). Jobbra a két eltérő évben készült felvétel egymásra helyezve, fehér a 2001-es, fekete szín a 2003-as sávokat jelöli (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

11. ábra * A DDS-MSO hipotézis, a marsi sötét dűnék kialakulásának magyar modellje: (a) amikor a Nap még csak lapos szögben világítja meg a sarkvidéki terepet a sötét dűnéket fagyott vízhó-jég, felette pedig fehér szén-dioxid hó/jég borítja; (b) a Nap emelkedése nyomán a dűnefelszínnél lévő MSO-k aktivizálódnak, megolvasztják a jeget és élettevékenységet folytatnak; (c) az MSO-k biológiai aktivitása miatt gyorsan eltűnő hó-jégtakaró alatt megjelenik a csupasz felszín, és kialakul a DDS-jelenség, itt a sejtek beszáradnak a rideg marsi éghajlat hatására (d). A bal oldali 500×500 méteres MGS képrészletek az ún. Inca City régióban1999-ben készültek (NASA/JPL/Malin Space Science Systems, Collegium Budapest)

12. ábra * Az ausztráliai Ayers Rock félsivatagos környezetében, a rövid vizes szakaszban élő szervezeteket jelző sötét foltok alakulnak ki (légi felvétel: Pócs Tamás)



Kutatók

Szimulált paraméterek

Időtartam

Élőlény(ek)

Eredmény






Sakon és Burnap 2004

JSC talaj*, UV, 95% CO2 5% H, kis légnyomás (400 mbar)

50 óra

Synechocystis sp. WT 6803 (ciano- baktériumok)

50 órán keresztül vizsgálták, a minta nagy része túlélte, a jelek alapján élet- tevékenységet folytatott

Sakon és Burnap 2005

JSC talaj*, UV, 95% CO2 5% H, kis légnyomás (400 mbar) +4 °C

8 óra

BG-11o

8 óra után még volt köztük életképes

Kral 2004,

JSC talaj*, UV, 95% CO2 5% H, 500 millibar, metanogének optimális hőmérséklete


Methanosarcina barkeri, Methano- bacterium wolfei, Methanobacterium formicicum

élettevékenység, metánkibocsátás

Schuerger 2003

-10°C, 8,5 mb, tiszta CO2, UV-VIS (200-1200 nm),

15-30 perc

Bacillus subtilis

15-30 perc után már nem tért magához a populáció

Nicholson 2005

7-18 mbar, 100% CO2, szobahőmérséklet

19 nap

Bacillus subtilis spórák

a túlélés a földinél rosszabb, de újra életképesek lettek

Charles S. Cockell 2005

Tiszta CO2, 8,5 mbar, -10 şC, UVC (200-280 nm) 3,73, UVB (280-315 nm) 8,27, UVA (315-400 nm) 37,67 W/m2

30 perc

Chroococci- diopsis sp. 029

5 perc után az élet- képes egyedek száma 1 %-ra csök- kent, 30 perc után nem maradt túlélő


* A JSC-MARS 1 olyan marstalajszimuláns, amelyet Hawaiiról gyűjtöttek az ottani vulkáni tufából,

és amelynek a színe és szemcsemérete hasonló a marsi, vörösbarna színű szélfútta porhoz.


1. táblázat * Néhány fontosabb, Mars-szimulációs kamrában végzett kísérlet


Irodalom

Christensen, Philip R. - Kieffer, H. H. - Titus, T. N. (2005): Infrared and Visible Observations of South Polar Spots and Fans. American Geophysical Union, Fall Meeting 2005, abstract #P23C-04

Cockell, Charles S. - Schuerger, A. C. - Billi, D. E. - Friedmann I. Panitz, C. (2005): Effects of a Simulated Martian UV Flux on the Cyanobacterium, Chromococcidiopsis sp. 029. Astrobiology. 5, 2, 127-140.

Córdoba-Jabonero, Carmen - Zorzano, M.-P. - Selsis, F. - Patel, M. R. - Cockell, C. S. (2005): Radiative Habitable Zones in Martian Polar Environments. Icarus. 175, 360-371.

Edgett, Ken S. - Supulver, K. D. - Malin, M. C. (2000): Spring Defrosting of Martian Polar Regions: Mars Global Surveyor MOC and TES Monitoring of the Richardson Crater Dune Field, 1999-2000. The Second International Conference on Mars Polar Science and Exploration, Abstract No. 4041, Reykjavik, Iceland, August 2000.

Friedmann E. Imre (1994): Permafrost as Microbial Habitat. In: Gilichinsky, David A. (ed.): Viable Microorganisms in Permafrost. Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia, 21-26.

Friedmann E. Imre - Ocampo-Friedmann, Roseli (1995): A Primitive Cyanobacterium As Pioneer Microorganism for Terraforming Mars. Advances in Space Research. 15, 3, 243-246.

Friedmann E. Imre - Wierzchos, J. - Ascaso, C. - Winklhofer, M. (2001): Chains of Magnetite Crystals in the Meteorite ALH84001: Evidence of Biological Origin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 27, 2176-2181.

Gánti Tibor - Horváth A. - Gesztesi A. - Bérczi Sz. - Szathmáry E. (2003): Dark Dune Spots: Possible Biomarkers on Mars? Origins of Life and Evolution of the Biosphere. 33, 515-557.

Horváth András - Gánti T. - Gesztesi A. - Bérczi Sz. - Szathmáry E. (2001): Probable Evidences of Recent Biological Activity on Mars: Appearance and Growing of Dark Dune Spots in the South Polar Region. http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2001/pdf/1543.pdf, Lunar & Planetary Science. XXXII, #1543.

Kieffer, Hugh H. (2003): Behavior of Solid CO2 on Mars: A Real Zoo. Sixth International Conference on Mars #3158.

Malin - Edgett, Ken S. (2000): Frosting and Defrosting of Martian Polar Dunes. Lunar & Planetary Science. XXXI, #1056.

McKay, David S. - Gibson, E. K. - Thomas-Keprta, K. L. - Vali, H. - Romanek, C. S. - Clemett, S. J. - Chiller, X. D. F. - Maechling, C. R. - Zare, R. N. (1996): Search for Past Life on Mars: Possible Relic Biogenic Activity in Martian Meteorite ALH84001. Science. 273, 924-930.

Pócs Tamás (2006): A krytobiotikus kéreg és szerepe a szárazföldi ökoszisztémában. In: Vizi E. Szilveszter - Bertók Krisztina (eds.): Székfoglalók a Magyar Tudományos Akadémián 2001. Élettudományok. MTA, Budapest, 439-478.

Rothschild, Lynn J. (1995): A "cryptic" Microbial Mat: A New Model Ecosystem for Extant Life on Mars. Advances in Space Research. 15, 223-228.

Sakon, John J. and Burnap, R. L. 2004, An analysis of potential photosynthetic life on Mars. Lunar & Planetary Science XXXV, #1943

Schuerger, Andrew C. - Mancinelli, R. L. - Kern, R. G. - Rothschild, L. J. - McKay, C. P. (2003): Survival of Endospores of Bacillus subtilis on Spacecraft Surfaces under Simulated Martian Environments: Implications for the Forward Contamination of Mars. Icarus. 165, 2, 253-276.

Szathmáry Eörs - Gánti T. - Pócs T. - Horváth A. - Kereszturi Á. - Bérczi Sz. - Sik A. (2006): Life in the Dark Dune Spots of Mars: A Testable Hypothesis. In: Higgs, P. (ed.) Astrobiology. Cambridge University Press 2007.


<-- Vissza a 2006/11 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra