Древние дожди могли принести на Марс важный ингредиент для зарождения жизни

Современный Марс трудно представить миром дождей, рек и озёр. Его поверхность холодна и почти полностью лишена жидкой воды, а атмосфера слишком разрежена для привычного земного круговорота влаги. Но примерно 3,8–3,6 миллиарда лет назад условия могли периодически быть совершенно другими. Теперь учёные попытались восстановить не просто древнюю марсианскую погоду, а химический след этих влажных эпох — и выяснить, куда дожди могли доставлять вещества, способные участвовать в первых ступенях химии жизни.

В центре исследования оказался формальдегид, H₂CO. В быту название этого соединения ассоциируется скорее с токсичным веществом, чем с происхождением жизни. Но для пребиотической химии небольшие молекулы такого типа чрезвычайно интересны. Попадая в подходящую водную среду и вступая в последовательность реакций, формальдегид может становиться одним из исходных материалов для образования более сложных органических соединений.

Это принципиальное различие. Обнаружение условий для образования формальдегида не является обнаружением жизни и даже не доказывает существование готовых биомолекул. Речь идёт о значительно более ранней ступени — наличии химического сырья, из которого при благоприятных условиях потенциально могла развиваться более сложная органическая химия.

Предыдущие исследования уже показывали, что формальдегид мог образовываться непосредственно в атмосфере раннего Марса. Однако оставался другой вопрос. Атмосферное соединение представляет интерес для происхождения жизни лишь тогда, когда оно оказывается там, где способны происходить дальнейшие реакции. Поэтому исследователи решили выяснить, в каких областях древней планеты H₂CO мог выпадать на поверхность.

Для этого была построена глобальная климатико-химическая модель тёплого раннего Марса. Учёные учитывали температуру, атмосферное давление, количество водяного пара и воздействие ультрафиолетового излучения. Оказалось, что вода играла двойную и неожиданно важную роль.

Солнечный ультрафиолет разрушал часть молекул водяного пара, высвобождая реакционноспособный водород. Он участвовал в цепочке атмосферных реакций, приводивших к образованию формальдегида. Получается, что чем активнее был древний круговорот воды, тем благоприятнее могли быть условия для появления H₂CO в атмосфере.

Но этим участие воды не ограничивалось. После образования молекулу ещё требовалось доставить вниз. Осадки могли вымывать формальдегид из атмосферы и переносить его на поверхность. Таким образом, один и тот же круговорот воды помогал сначала создавать необходимый компонент химической реакции, а затем буквально приносил её продукт с дождём.

В результате древняя марсианская погода могла выполнять функцию огромной химической транспортной системы. Водяной пар поднимался в атмосферу, подвергался воздействию ультрафиолета, участвовал в химических превращениях, а затем осадки возвращали образовавшиеся соединения к поверхности.

Отсюда следует важный вывод: формальдегид должен был распределяться по Марсу крайне неравномерно. Влажные области получали значительно больше вещества, чем засушливые. Поэтому исследователи построили глобальную карту предполагаемого поступления H₂CO на поверхность.

Некоторые регионы выделились особенно сильно. Согласно модели, возвышенности Тарсис и Элизиум могли получать примерно в десять раз больше формальдегида, чем составляло среднее значение для всей планеты. Причина связана не с каким-то загадочным источником органики в этих местах, а с особенностями древней атмосферной циркуляции и распределения воды.

Именно здесь работа становится особенно интересной для планирования исследований Марса. Обычно место посадки аппарата выбирают по множеству критериев: безопасности рельефа, геологическому возрасту пород, признакам существования воды и возможности сохранения интересующих минералов. Теперь появляется ещё один потенциальный слой информации — реконструированная интенсивность поступления пребиотического химического сырья.

Если область одновременно долго контактировала с жидкой водой и получала сравнительно много атмосферного формальдегида, она могла предоставлять более благоприятную химическую среду для усложнения органических соединений. Это не означает, что именно там возникла жизнь. Но такие районы могут быть особенно интересны для поиска следов древней органической химии.

Карту можно сопоставлять и с данными уже работающих или завершивших работу марсианских миссий. Если геологические образцы из областей с предполагаемым высоким поступлением H₂CO демонстрируют особенности органического состава, это даст возможность проверить модель независимо.

При этом между древним дождём и современным марсоходом лежат почти четыре миллиарда лет геологической истории. Карта показывает не сегодняшнее содержание формальдегида в грунте, а расчётное количество вещества, которое могло поступать на поверхность в далёком прошлом.

Формальдегид химически активен и не обязан сохраняться миллиарды лет. Он мог разрушиться, вступить в реакции, преобразоваться в другие соединения или исчезнуть под воздействием окружающей среды. Поэтому будущие миссии должны искать не обязательно сам исходный H₂CO, а возможные химические последствия его присутствия.

Есть и другая неопределённость: мы не можем поставить метеостанцию на Марсе 3,7 миллиарда лет назад. Результат зависит от предположений о составе и плотности древней атмосферы, температуре, количестве водяного пара и характере циркуляции. Изменение исходных условий способно менять и рассчитанное распределение осадков.

Тем не менее модель предлагает проверяемую идею. Если водный цикл действительно контролировал одновременно производство и выпадение формальдегида, то следы пребиотической химии должны быть географически связаны с областями, где древняя атмосфера обеспечивала наиболее активный перенос воды.

Это существенно отличается от представления, будто для возникновения сложной органики достаточно просто иметь жидкую воду. Вода могла играть сразу несколько ролей: быть средой для реакций, поставщиком исходного водорода и транспортом, переносящим атмосферные соединения к поверхности.

Возникает почти земная по своей логике картина. Над древним Марсом формируются облака, из них выпадают осадки, вода собирается в понижениях рельефа, а вместе с дождём поступают небольшие органические молекулы. В озёрах и других водоёмах они получают возможность концентрироваться и вступать в дальнейшие реакции.

Но между такой химической системой и настоящей жизнью остаётся огромная дистанция. Формирование сахаров, аминокислот или других органических соединений ещё не создаёт организм. Для происхождения жизни необходимы механизмы хранения информации, самовоспроизведения, обмена веществ и множество промежуточных этапов, происхождение которых остаётся одной из крупнейших научных загадок.

Поэтому новое исследование интересно не обещанием найти марсианскую жизнь, а возможностью сузить пространство поиска. Вместо вопроса «была ли когда-нибудь жизнь на Марсе?» появляется более конкретный: где на древней планете одновременно существовали вода и особенно интенсивный поток химического сырья, способного участвовать в пребиотических реакциях?

Возможно, ответ действительно скрывается в древних дождях. Они давно исчезли, но геология Марса сохранила поверхности того времени. Если модели удастся сопоставить с химическим составом древних пород, погода возрастом почти четыре миллиарда лет может неожиданно стать картой, указывающей, где искать наиболее интересные следы химических процессов, предшествовавших возможной жизни.