Streven. Vlaamse editie. Jaargang 58

[p. 417]

Terug naar Utopia?
Blijven speuren naar leven op Mars? (2)
Henk Jans

De langdurige controverse over de ‘ware’ oppervlaktestructuren van Mars was in hoofdzaak te wijten aan een omstandigheid van optischinstrumentele aard waarmee men te weinig rekening had gehouden: op de visuele beelden en foto's van Mars die door telescopen vermiddeld werden, kon men in het beste geval slechts ‘details’ van enkele tientallen km groot onderscheiden. Met de komst van Mariner 9 kwam daar verandering in. In 1971 in een baan om Mars gebracht, zond de satelliet elf maanden lang genoeg beelden naar de aarde om heel het Marsoppervlak in kaart te brengen. En belangrijker nog: de camera's van Mariner 9 (later van de twee Viking Orbiters) maakten details zichtbaar van de grootte-orde van een kleine honderd meter. Ineens werd een voordien volstrekt onbekende Mars onthuld: een planeet met een veel gevarieerder reliëf en vooral een veel rijker ‘geologisch’ verleden dan men vermoedde.

Bewogen verleden

Er was op Mars veel meer te zien dan alleen maar inslagkraters en met basaltstromen overdekte vlaktes; twee structuren die ook typisch zijn voor onze maan. Men zag nu ook enkele reusachtige vulkanen, waarvan de grootste, de 27 km hoge Olympia Mons, met een 600 km brede voet op het Marsoppervlak rust. Nog opmerkelijker was de waarneming van lange, diepe ‘scheuren’ of cañons in het Marsoppervlak: de dichtbij de evenaar gelegen Vallis Marineris is 4.000 km lang, 6 km diep en bijwijlen 500 km breed. Deze cañons hebben niets gemeen met de kanalen van Lowell, maar zijn eerder te vergelijken met de ‘rift valley’ of Grote Slenk die dwars door Oost-Afrika loopt. Nog relevanter voor het verleden van de planeet zijn de reliëfvormen op

[p. 418]

de steile wanden van deze diepe kloven: veelvuldige, trapsgewijs afgezakte landverschuivingen én grillig vertakte, diep ingesneden ravijnen, die alles weg hebben van door stromend water uitgegraven geulen in woestijnen en halfwoestijnen op aarde.

Er waren nog meer waarnemingen die erop wezen dat er ooit, een tijdlang, stromend water is geweest op Mars: honderden km lange, dendrietisch (als een boom) vertakte en in vele meanders kronkelende, droge (stroom)beddingen, die er helemaal uitzien als riviernetten op aarde; dendrietisch vertakte, onderling evenwijdige (droge) beddingen, die erg veel lijken op het afwateringspatroon van continu hellende plateaus op aarde. Andere reliëfvormen lijken het gevolg te zijn van reusachtige overstromingen, die de wallen om bestaande inslagkraters hebben omspoeld in de stroomrichting teardrop-structuren achterlieten (sedimenten in de vorm van langgerekte ‘druppels’). Veel Mars-‘rivieren’ worden stroomafwaarts smaller en lopen dood op het Marsoppervlak; weer andere monden uit in een waaier van smallere, elkaar ten dele doorkruisende vertakkingen, een waaier die alles weg heeft van het grillige afwateringsnet dat op aarde de ondiepe sedimentatie van rivierdelta's kenmerkt. Wel zijn er geen aanwijzingen dat er zich op Mars ooit zeeën of oceanen hebben gevormd.

Met al deze reliëfvormen voor ogen betwijfelt men nog nauwelijks dat er op Mars ooit, op nogal wat plaatsen en vrij overvloedig, stromend water is geweest. Dat roept twee vragen op: waar is al dat water gebleven en waar in het verleden van de planeet is die ‘fase’ te situeren? Een deel van het water blijkt in de permanent bevroren, noordelijke poolkap van Mars te zitten, de waarschijnlijk veel grotere rest zou in de permanent bevroren ondergrond opgesloten kunnen zijn, zoals dat het geval is in de permafrost-gebieden op aarde¹. En wat de tweede vraag betreft: uit de hoge frequentie waarmee de rivierachtige structuren door inslagkraters onderbroken of verstoord zijn, meent men te kunnen opmaken dat zij dateren uit de vroegste geschiedenis van de planeet, tussen 4 en 2 miljard jaar geleden. In dat oerverleden moeten zowel het klimaat als de samenstelling van de atmosfeer van Mars grondig verschillend zijn geweest van de huidige. Maar dat is niet zo verwonderlijk: ook onze aardse atmosfeer heeft waarschijnlijk een heel ingrijpende evolutie doorgemaakt².

De ontdekking dat er op Mars ooit stromend water moet zijn geweest, vergrootte in de ogen van de biologen de kans dat er dan ook leven is kunnen ontstaan. Als dat het geval was, dan bestond er ook een kans dat sommige levensvormen zich zodanig aan de geleidelijke

1 Permafrost noemt men de permanent bevroren bodems in de circumpolaire vastelanden en de hooggebergten. In de beboste taiga en de boomloze toendra ontdooit in de zomer slechts een dunne oppervlaktelaag boven de permafrost-ondergrond.

2 Vrij algemeen neemt men aan dat het uitzonderlijk hoge zuurstofgehalte (21%) van de aardse atmosfeer pas in de loop van een paar miljard jaar tot stand kwam dank zij de fotosynthetische activiteit van zeewieren (en vanaf het Siluur, zo'n 400 miljoen jaar geleden, ook van landplanten).

[p. 419]

uitdroging van de planeet hebben aangepast, dat ze tot op vandaag in leven zijn gebleven. Deze laatste veronderstelling werd wel niet zo algemeen aangenomen, maar het bleef zinvol biologische experimenten op Mars door te voeren. Bij de voorbereiding daarvan werd zoveel mogelijk kennis verzameld over de overlevingsstrategieën van bekende organismen in de extreem barre omstandigheden van hete en koude woestijnen op aarde.

Grensgevallen van leven

Alle levensvormen op aarde blijken slechts binnen bepaalde temperatuurgrenzen te kunnen bestaan en hebben - althans tijdelijk - enig vloeibaar medium (water of een waterige oplossing van zouten, suikers...) nodig om hun levensactiviteiten - stofwisseling, groei, voortplanting... - te kunnen ontplooien. Zo geldt voor alle planten een soortspecifieke minimale, optimale en maximale temperatuur waarin zij die activiteiten beginnen te vertonen, optimaal realiseren en móeten opschorten. De minimale temperaturen liggen meestal om en bij 0^o of iets hoger, de optimale temperaturen bestrijken een gebied van enkele tientallen graden, de maximale situeren zich in de buurt van 60^o. Woestijnplanten en korstmossen verdragen bodemtemperaturen tot 70^o, bacteriën en blauwwieren van hete bronnen, kunnen tot op 90^o actief zijn. Merken we nog op dat de meeste proteïnen vanaf 60^o op onomkeerbare wijze ‘degenereren’ en dat DNA-structuren tussen 85^o en 100^o afgebroken worden. Alleen de endosporen (cellen in rusttoestand) van sommige bacteriën worden pas afgebroken op temperaturen tussen 120^o en 140^o (van uitermate praktisch belang voor de sterilisatie van voedingswaren!).

Nog belangrijker voor de mogelijkheid van leven op Mars is de koude-resistentie van organismen of organische structuren, die gepaard blijkt te gaan met een geringe vochtigheidsgraad. Een aantal microorganismen zijn zelfs nog actief op temperaturen die gevoelig onder het nulpunt liggen, op voorwaarde dat zij zich in vloeibare oplossingen bevinden waarvan het vriespunt beneden dat van zuiver water ligt^3.. Van gistcellen is bekend dat zij nog celdelingen vertoonden op -34°C. In een toestand van anabiose (tijdelijke opschorting van alle levensactiviteiten) kunnen bacteriën, lagere zwammen, zwamsporen, eencellige algen, mossen, korstmossen jarenlang een extreme koude overleven. Cellen van uiteenlopende aard verdragen temperaturen van -200°C, droge zaden (van de ‘hogere’ zaadplanten dus) verdragen lan-

3. Pro memorie: zeewater bevriest pas op -1,87^o, een verzadigde NaCl-oplossing op -27^o, een verzadigde CaCl₂-oplossing op -51^o.

[p. 420]

gere tijd -245°C zonder hun kiemkracht te verliezen. Maar al deze levende wezens of hun ‘produkten’ (sporen, zaden...) hebben ten minste tijdelijk een vochtige fase (water of oplossing) nodig om tot actief leven over te gaan. In sommige gevallen volstaan mist of dauw: korstmossen zijn zelfs in staat om waterdamp rechtstreeks aan de lucht te ontrekken ten behoeve van een groei die in die omstandigheden uiterst langzaam verloopt (eeuwen lang kan duren).

Tijdens het Internationaal Geofysisch Jaar 1957-1958, dat gewijd was aan de studie van Antarctica, werden op dat continent ook extreem droge valleien ontdekt waarin zoutplassen voorkomen die tot ver beneden 0^o vloeibaar blijven. In een vallei met een gemiddelde jaartemperatuur van -20^o liepen de zomerse dagtemperaturen op tot ongeveer 0^o. Op de oevers van een koude zoutplas, waar geregeld wat schaarse sneeuw in oplossing ging, trof men fotosynthetisch werkzame populaties aan van algen en cyanobacteriën. Daarin en daarvan leefden, naast bacteriën, gistcellen en schimmels, ook eencellige dieren (Protozoa) en gedifferentieerder meercelligen als raderdiertjes (Rotifera) en beerdiertjes (Tardigrada). Maar op enige afstand van dergelijke plassen werd leven uiterst schaars of ontbrak het volkomen: op droge rotsen kwamen niet eens korstmossen voor en veel bodemmonsters (tot 1 m diep) vertoonden niet het geringste bacterieel leven of hoogstens 10 bacteriën per gram bodem (humusrijke bodems in onze contreien kunnen per gram bodem 1 tot 27 miljard bacteriën bevatten!). De ontdekking van echt steriele bodems op Antarctica leek in de ogen van veel bodemkundigen aanvankelijk ongeloofwaardig, maar werd door verschillende onderzoeksteams bevestigd. De meest zoute plas (de San Juan pond) bevriest pas beneden -40^o, maar is volkomen steriel: tegen een te hoog zoutgehalte zijn bacteriën en andere micro-organismen niet bestand. Dat een extreem droge of zoute omgeving de microbische activiteit onderdrukt of verhindert, is trouwens een oude, voorwetenschappelijke ontdekking van de mens: vlees en vis worden geconserveerd door ze te drogen of in te zouten.

Met heel deze wetenschap in het achterhoofd besefte men dat men van Mars niet teveel mocht verwachten. Men zou op zoek gaan naar microbisch of ‘lager’ plantaardig leven. Mars is een veel koudere planeet dan de aarde, met een gemiddelde jaartemperatuur van -55°C (de aarde: + 15°C). Maar in de evenaarszone kunnen de (gemeten) dagtemperaturen oplopen tot + 25°C, al dalen de nachttemperaturen er vanwege de ijle atmosfeer tot ver beneden het nulpunt. Dergelijke temperatuurschommelingen zijn evenwel geen onoverkomen-

[p. 421]

lijke hinderpaal voor een aantal organismen op aarde. Veel bedenkelijker leek het extreem droge karakter van Mars: onder de heersende (geringe) waterdamp- en atmosfeerdruk kan water er alleen bestaan in de vorm van ijs of rijp, die op hogere temperaturen sublimeren (rechtstreeks in damp overgaan) in plaats van vloeibaar te worden. Men stelde derhalve zijn hoop op de mogelijke aanwezigheid van ofwel niet al te zoute plassen, die geregeld en lang genoeg vloeibaar bleven om actief leven te herbergen, ofwel aparte lokale omstandigheden waardoor op beschutte plaatsen toch enig smeltwater zou kunnen ontstaan. Dit soort overwegingen vond steun in de waarnemingen van Cameron⁴, die in droge valleien van Antarctica actieve algengroei constateerde aan de onderkant van doorschijnende keien, en van Friedmann⁵, die er actieve bacteriën en korstmossen aantrof in de holten van doorschijnende gesteenten, die genoeg zonnestraling ontvingen om sneeuw te doen smelten.

4 R.E. Cameron e.a., Microbiology, Ecology and Microclimatology of Soil Sites in Dry Valleys of Southern Victoria Land, Antarctica, in M.W. Holdgate, (ed.), Antarctic Ecology, vol. 2, Academic Press, New York, 1970, pp. 702-716.

5 E.I. Friedmann, Endolithic Microorganisms in the Antarctic Cold Desert, in Science, 215, 1982, pp. 1045-1053.

Van heel nabij bekeken

Midden juni, begin augustus 1976 bevonden de Viking 1 en 2 satellieten zich op hun vooraf uitgezette baan om Mars. Ze waren samengesteld uit een orbiter, die om de planeet zou blijven cirkelen, en de eigenlijke, van de orbiter los te koppelen lander⁶. De keuze van de landingsplaatsen steunde op twee overwegingen. Om veiligheidsredenen werd een effen oppervlak uitgezocht. En het moest een plaats zijn waar de voorwaarden aanwezig waren om leven te bevorderen: een voldoende hoge temperatuur en/of een voldoende vochtigheid. De Viking 1 lander werd op 20 juli neergezet in de warmere evenaarszone op 22,5^o noorderbreedte, de Viking 2 lander op 3 september op 47,5^o noorderbreedte, aan de rand van de inkrimpende poolkap, waar men een vochtiger bodem hoopte aan te treffen.

Beide Marslanders beschikten over hetzelfde instrumentenpakket: twee televisiecamera's, een instrument om organische verbindingen te identificeren, en drie instrumenten om een eventuele metabolische activiteit van micro-organismen aan te wijzen. Het instrumentarium was bestemd om minstens 90 dagen mee te gaan, maar bleef twee jaar lang operationeel. De aan boord van de landers verzamelde informatie werd op een magneetband opgeslagen en rechtstreeks of via de orbiter naar de aarde doorgeseind. De camerabeelden konden ook rechtstreeks doorgeseind worden.

Nog tijdens de landingsmaneuvers werden metingen verricht om-

6 Voor de aard en de resultaten van de Viking-experimenten, cfr. de studie van de leider ervan N.H. Horowitz, To Utopia and Back, W.H. Freeman and Company, New York, 1986, pp. 122-146.

[p. 422]

trent de samenstelling van de atmosfeer. De zeer ijle atmosfeer bestaat voor 95% uit koolzuur (CO₂), voor 2,7% uit stikstof, voor 1,6% uit argon, voor 0,13% uit zuurstof en voor nog geringer procenten uit koolmonoxyde (CO), neon, krypton, ozon en waterdamp. De twee jaar lang verrichte metingen van het waterdampgehalte dat met de Marsseizoenen wisselt, toonden nog maar eens aan dat waterschaarste de voornaamste beperkende factor voor leven is. Tijdens de zuidelijke zomer verdwijnt de zuidelijke poolkap (van sublimerende koolzuursneeuw) geheel en wordt er tussen 55^o en 90^o zuiderbreedte geen waterdamp in de atmosfeer aangetroffen. Tijdens de noordelijke zomer blijft het waterdampgehalte tussen 35^o zuiderbreedte en 46^o noorderbreedte uiterst gering, maar begint dan te stijgen van 1,5 microbar tot 4,5 microbar op 70^o noorderbreedte. Daar bevindt zich de permanente noordelijke poolkap, die uit bevroren water blijkt te bestaan: de zomertemperatuur ervan (-67°C) is veel te hoog voor (vaste) koolzuursneeuw. De camera's van beide landers registreerden de vorming van grondnevels van ijskristalletjes die te klein waren om op de grond neer te zinken. De noordelijker gelande Viking 2 nam tijdens de wintermaanden de langdurige neerslag van rijp waar. Van een grootscheepse circulatie van waterdamp tussen beide hemisferen, zoals Lowell zich die voorstelde, viel niets te merken.

De camera's waren de enige instrumenten die een rechtstreeks bewijs van leven op Mars konden leveren door eventuele resten, (kruip)sporen, groei of beweging van levende wezens waar te nemen. Die mogelijkheid was echter in een opzicht beperkt: de camera's konden slechts voorwerpen van minstens enkele mm groot onderscheiden. Men had wel eens aan microscopisch onderzoek gedacht, maar een microscoop werd tenslotte toch niet in het instrumentenpakket opgenomen. Duizenden beelden werden uiterst nauwkeurig onderzocht, maar er was geen enkele aanwijzing voor leven: ‘Voor macroscopisch leven werd geen enkele evidentie, rechtstreeks noch indirect, verkregen’⁷.

7 E.C. Levinthal e.a., Lander Imaging as a Detector of Life on Mars, in Journal Geophys. Res., 82, 1977, pp. 4468-4478.

Verwonderlijke afwezigheid

Het GCMS-experiment (Gaschromatografie-Massaspectrometer) was eigenlijk geen experiment om leven op te sporen, maar slechts een methode om in de Marsbodem eventueel aanwezige organische verbindingen te identificeren. In de gaschromatografie laat men een gasmengsel passeren door een poreus substraat (papier b.v. of een kolom

[p. 423]

gevuld met een fijnkorrelige kunststof) waarin de verschillende gassen zich met onderscheiden snelheden verspreiden. Het proces wordt na een tijd stilgelegd en op het substraat gefixeerd: de moleculen van de verschillende gassen bevinden zich dan op intussen bereikte én van elkaar onderscheiden afstanden en worden daar aan hun typische kleur (chroma) of een selectieve kleuring herkend. In een massaspectrometer laat men geïoniseerde (gas)deeltjes binnenstromen in een hoog vacuüm, waar een bekend elektrostatisch of elektromagnetisch veld heerst. Zijn hun lading en snelheid bekend, dan kan uit de kromming van hun baan hun massa afgeleid worden.

Het GCMS-experiment bestond uit een combinatie van beide methodes. Een kleine hoeveelheid van Marsbodem werd door middel van een grijparm in een oventje gebracht, dat stapsgewijze tot 500^o werd verhit. Tijdens zo'n voortschrijdende verhitting gaat een mengsel van organische stoffen vervluchtigen. Eerst komen de kleinere en neutrale moleculen aan de beurt, vervolgens de grotere en polaire⁸, die wel eerst door verregaande verhitting (door pyro-lyse) in kleinere deelmoleculen gesplitst moeten worden. In het GCMS-experiment werd het diffusieproces niet onderbroken, maar liet men alle moleculen door de chromotografische kolom passeren: de een na de ander uit de kolom uittredende moleculen werden door een elektronenstraal geïoniseerd en vervolgden dan hun weg in de aangesloten spectrometer. Een ervaren spectrograaf kan dan uit de verschillend gekromde banen hun massa en chemische samenstelling afleiden en zelfs, zij het met enige moeite, de oorspronkelijke chemische samenstelling van de organische verbindingen die door pyrolyse in deelcomponenten waren gesplitst.

Uit proefnemingen was gebleken dat het een uiterst gevoelige methode is: van organische verbindingen met meer dan twee atomen koolstof per molecule werden twee deeltjes per miljard, van die met twee of minder koolstofatomen per molecule twee deeltjes per miljoen gevonden. Dat zijn concentraties die 100 tot 1.000 maal kleiner zijn dan wat in woestijnbodems op aarde wordt aangetroffen.

Het experiment werd door beide Marslanders een aantal keren uitgevoerd. Geen enkele organische verbinding werd ontdekt. Op hoge temperatuur kwam alleen wat koolzuur en water vrij tengevolge van de ontbinding van mineralen in de Marsbodem.

De totale afwezigheid van organische moleculen gold als een verwonderlijk en veelzeggend resultaat. En dat om de volgende redenen. De jongste decennia heeft men ontdekt dat tientallen soorten orga-

8 Polair heten moleculen waarin de zwaartepunten van respectievelijk alle positieve en alle negatieve ladingen niet samenvallen, zodat de molecule als geheel een positieve en negatieve ‘pool’ bezit.

[p. 424]

nische moleculen - van niet-biologische oorsprong - in de interplanetaire en interstellaire ruimten gevormd worden. In 5% van de steenmeteorieten treft men tot 10% organische verbindingen aan: lange tijd beschouwd als een contaminatie van de meteoriet na zijn val op aarde, blijken de meeste wel degelijk in de meteoriet zelf te zijn ontstaan. In de Murchisonmeteoriet (1969) werden meer dan 50 aminozuren geïdentificeerd, waarvan er acht in proteïnen voorkomen (aminozuren zijn de elementaire bouwstenen van alle proteïnen). In dezelfde meteoriet werden derivaten gevonden van de ringvormige moleculen purine en pyrimidine, waarvan we weten dat dit essentiële bouwstenen zijn van alle DNA- en RNA-moleculen. In kometen en interstellaire gas- en stofwolken komen chemische verbindingen voor, waarvan laboratoriumproeven hebben aangetoond dat ze de ‘voorlopers’ kunnen zijn van zowel aminozuren als suikers (ribose) en purineen pyrimidinederivaten, nl. naast de alom aanwezige waterstof ook water, koolmonoxyde, ammoniak, waterstofcyanide (HCN), formaldehyde (HCHO), acetaldehyde (CH₃CHO) en cyanoacetyleen (HCCCN).

Aangezien Mars honderden miljoenen jaren lang aan de inslagen van meteorieten en allicht ook kometen heeft blootgestaan, verwachtte men in de Marsbodem op zijn minst enkele organische moleculen aan te treffen. Dat niet één ontdekt werd, wekte het vermoeden dat er op Mars processen aan de gang zijn die alle organische moleculen vernietigen. De microbiologische experimenten zouden voor een deel onthullen waarin die processen bestaan.

Frustrerende microbiologische experimenten

De eerste twee microbiologische experimenten waren sterk geïnspireerd door de gangbare theorieën over het ontstaan van leven op aarde. Afgezien van hun verschillen gaan al die theoriën ervan uit dat de oeratmosfeer van de aarde erg verschillend was van de huidige: geen of weinig zuurstof, maar wel waterstof, methaan, ammoniak en waterdamp en nog enkele andere, simpele koolstof-, stikstof- en zwavelverbindingen, alle van vulkanische oorsprong. Al deze verbindingen zouden door de inwerking van veelvuldige elektrische ontladingen en/of sterke ultraviolette straling, een rijke verscheidenheid van complexer, organische verbindingen opgeleverd hebben, een ‘dunne, organische soep’ (Haldane) van nog niet-biologische oorsprong. In deze ‘soep die zichzelf opat’ (J.H. Rush)⁹ zouden de eerste zichzelf orga-

9 J.H. Rush, De oorsprong van het leven, Aula 167, Utrecht/Antwerpen, 1964, p. 152 (tussentitel).

[p. 425]

niserende en reproducerende fysicochemische systemen zijn ontstaan, die wij levend noemen.

Deze door A.I. Oparin (1924), J.B.S. Haldane (1929) en H. Urey (1952) ontwikkelde hypotheses gaven aanleiding tot een aantal verrassende laboratoriumproeven. Baanbrekend was de proef van Stanley Miller in 1953. Een mengsel van waterstof, methaan, ammoniak en waterdamp, onderworpen aan elektrische ontladingen, leverde na een week een aanzienlijk aantal organische verbindingen op, waaronder zelfs vier (in proteïnen aanwezige) aminozuren. Latere proefnemingen met een licht gewijzigde ‘oeratmosfeer’ leverden zelfs twaalf van die aminozuren op. Reacties van de veronderstelde oeratmosfeer met vloeibaar water leverden de reeks verbindingen op die in interstellaire gaswolken voorkomen (cfr. supra). Nog ander wijzigingen van het Miller-experiment (van Juan Oro en Leslie Orgel) leverden purine- en pyrimidinederivaten op en (de omzetting van formaldehyde in) ribose, beide essentiële bouwstenen van DNA en RNA.

Het ontwerp van beide experimenten ging derhalve uit van de veronderstelling dat, mochten er zich in de Marsbodem micro-organismen bevinden, deze ‘ongetwijfeld’ gebruik zouden maken van een, hun aangeboden ‘cocktail’ van organische stoffen, die overvloedig in de kosmos blijken voor te komen en waaruit naar alle waarschijnlijkheid de eerste levende wezens op aarde zijn ontstaan. Dit ‘gebruik’ zou zich uiten in hun verhoogd metabolisme waarvan de gasvormige afvalprodukten geïdentificeerd zouden worden.

In het GE-experiment (Gas Exchange) werd een rijk gevarieerde cocktail - een waterige oplossing van vitamines, aminozuren, purines en pyrimidines, organische zuren en anorganische zouten - met wat Marsbodem vermengd en ging men (met behulp van een chromatografische analyse) na welke gassen daardoor vrijgemaakt werden. Het LR-experiment (Labeled Release) verschilde op twee punten van het vorige. Om te beginnen had de cocktail een veel simpeler en universeler samenstelling: slechts een zevental organische zuren als mierenzuur, melkzuur,... hun natrium- en calciumzouten en de twee eenvoudigste aminozuren (glycine en alanine), allemaal verbindingen die zowel in het Miller-experiment als in meteorieten aangetroffen worden. Vervolgens verschilde de meetmethode: de organische stoffen in de cocktail bevatten allemaal radioactieve koolstof en waren daardoor gemarkeerd (labeled) - zodat de vrijkomende, koolstofhoudende gassen door de uiterst gevoelige meting van hun radioactiviteit kwanti-

[p. 426]

tatief bepaald konden worden.

Ter elfder ure werd beslist het GE-experiment in twee stappen uit te voeren. In een eerste stap zouden cocktail en Marsbodem in een besloten ruimte samengebracht worden zonder ze vooralsnog met elkaar te vermengen: die ruimte zou dan snel met waterdamp verzadigd zijn (wat sinds miljoenen jaren op Mars niet is voorgekomen) en men wilde nagaan hoe de bodem daarop zou reageren. In een tweede stap zouden cocktail en Marsbodem gedurende een langere tijd (196 Marsdagen) vermengd worden om de eventueel aanwezige micro-organismen volop de gelegenheid te geven metabolische gassen te produceren. Het resultaat van de eerste stap was verrassend: vrijwel onmiddellijk kwamen kleine hoeveelheden stikstof, argon en koolzuur vrij en een veel aanzienlijker hoeveelheid zuurstof. Men neemt aan dat de eerste drie gassen door waterdamp uit de bodem verdrongen werden, maar de zuurstof wees op een chemische reactie van de bodem met waterdamp. De meest voor de hand liggende ‘verantwoordelijken’ voor deze reactie zijn de zo geheten peroxyden en superoxyden: dat zijn oxyden van waterstof of een metaal met een abnormaal hoog zuurstofgehalte (als b.v. H₂O₂, HO₂, Na₂O₂) die heftig met water reageren, waarbij zuurstof vrijkomt. De aanwezigheid van dergelijke oxyden zou tégelijk verklaren waarom in het GCMS-experiment geen organische verbindingen aangetroffen werden: ze zijn allang door oxydatie vernietigd. De tweede stap - een zes maanden durende vermenging van Marsbodem en cocktail - leverde geen merkbaar resultaat op: met verloop van tijd werd alleen de hoeveelheid vrije zuurstof wat geringer, doordat de zuurstof zich verbond met het ascorbinezuur (beter bekend als vitamine C) in de cocktail.

Ook het LR-experiment werd in twee stappen uitgevoerd: zo kon men misschien een biologisch van een niet-biologisch proces onderscheiden. De Marsbodem werd eerst bevochtigd met een kleine hoeveelheid van de radioactief gemarkeerde cocktail, en vervolgens, veel langere tijd, met heel de oplossing doordrenkt. De gedeeltelijke bevochtiging maakte vrijwel onmiddellijk een snel toenemende hoeveelheid radioactief gas vrij; deze raakte echter vlug gestabiliseerd op het niveau dat overeenkwam met de aanwezigheid in het gas van één atoom koolstof op de 17 die in de verschillende organische verbindingen van de cocktail voorhanden waren. Waarschijnlijk werd het gemakkelijkst oxydeerbare organische zuur met slechts één atoom koolstof per molecule, mierenzuur (HCHOH) nl., tot CO₂ geoxydeerd. De tweede stap, de volledige en langdurige vermenging van Marsbodem

[p. 427]

en cocktail, leverde niet meer radioactief gas op. Dit negatief resultaat geldt als een bewijs dat men met een niet-biologisch proces te maken had. Immers, mocht de eerste reactie van biologisch-metabolische aard zijn geweest, dan had de toevoeging van nog meer organische voedingsstoffen aan de bodem (tijdens de tweede stap) een toename van de veronderstelde metabolische activiteit met zich mee moeten brengen. Dat is evenwel niet gebeurd.

Deze twee microbiologische experimenten (GE en LR) bevestigden het GCMS-experiment: op Mars zijn dermate sterk oxyderende processen aan de gang dat ze zowel elke metabolische activiteit van micro-organismen verhinderen als alle, eventueel op Mars ‘gestrande’ organische verbindingen vernietigen.

Een - zwak - signaal van leven?

Het Horowitz-team had nog een volstrekt anderssoortig experiment ontworpen dat minder aanleunde bij de ‘aardse’ biologie. Het ging uit van het feit dat, mocht er op Mars enig actief (micro-) leven zijn, het metabolisme ervan in ieder geval slechts doorgang kan vinden onder de nú op Mars heersende of mogelijke voorwaarden van vochtigheid, temperatuur, druk en samenstelling van de atmosfeer. In deze proef werden derhalve geen ‘geprefabriceerde’ stoffen aan de bodem toegevoegd: in de experimenteerruimtes werd de Marsatmosfeer alleen maar wat verrijkt met radioactief CO₂ en CO (de Marsatmosfeer bevat respectievelijk 95% en 0,01% van beide gassen). In contact met deze atmosfeer werden de bodemmonsters 120 uur lang blootgesteld aan de op Mars heersende of mogelijke temperaturen (variërend van 8^o tot 26^o) en dito zonnestraling. Wel werd om technische redenen de echte ‘Marszon’ vervangen door de gelijkwaardige straling van een xenonlamp. In dit PR-experiment (Pyrolytic Release) werd de bodem na 120 uur verhit tot 625^o om door pyrolyse alle, intussen mogelijkerwijze ontstane organische verbindingen in hun vluchtige componenten te ontbinden. Dit gasmengsel liet men dan passeren door een kolom kiezelgoer¹⁰, die CO₂- en CO-moleculen doorlaat maar (grotere) organische moleculen als een filter absorbeert. Nadat de CO₂- en CO-gassen verwijderd waren, werd de kolom (waarin ook koperoxyde aangebracht was) tot 640^o verhit: de in de kiezelgoerfilter achtergebleven ‘organische’ moleculen werden dan door het koperoxyde tot CO₂ geoxydeerd, dat op zijn beurt uit de filter verdreven en opgevangen werd. Door de radioactiviteit daarvan te meten hoopte men aan de weet te

10 Kiezelgoer of diatomeeënaarde bestaat in hoofdzaak uit de dichte ophoping van de tweekleppige (diatomein, in tweeën delen) kiezelschaaltjes van eencellige kiezelwieren of diatomeeën. De porositeit ervan berust op uiterst fijne, infra-microscopische poriën.

[p. 428]

komen hoeveel koolstof uit de atmosfeer door metabolische processen in de bodem geassimileerd was geweest. Het PR-experiment werd bovendien in twee, bijkomende variaties uitgevoerd: een eerste keer in volslagen duisternis (zonder ‘zon’), om na te gaan of er in dat geval, door het uitblijven van de fotosynthese, minder organische stoffen werden geproduceerd; een tweede keer onder toevoeging van water, wat normalerwijze in droge bodems het metabolisme stimuleert en vergroot.

Het allereerste PR-experiment was meteen - of leek althans - een schot in de roos. De gemeten hoeveelheid van het radioactief eindprodukt was weliswaar geringer dan wat men in aardse woestijnbodems had gevonden, maar beduidend groter dan wat laboratoriumproeven met volstrekt steriele bodems hadden opgeleverd. Omdat men zich nu al zoveel moeite had getroost om anorganische van organische processen te onderscheiden, besloot men onmiddellijk het onderhavige proces te controleren op zijn hitte-gevoeligheid. Een criterium dat voor alle experimenten gehanteerd werd, luidde: is het proces hitte-bestendig, d.w.z. verloopt het evengoed op temperaturen ver boven 100^o als op veel lagere temperaturen, dan maakt het een goede kans dat het anorganisch is; is het proces daarentegen hittegevoelig, d.w.z. verloopt het beter op lagere temperaturen en slechter of hoegenaamd niet op temperaturen ver boven 100^o, dan is het waarschijnlijk van organisch-metabolische aard. Een nieuw bodemmonster werd dus eerst drie uur lang op 175^o verhit en dan pas aan het PR-experiment onderworpen. De hoeveelheid radioactief CO₂ daalde met een opvallende 88%. Dat leek erg op een hitte-gevoelig en dus mogelijkerwijs biologisch proces!

Jammer genoeg was dit ene, misschien positieve signaal van leven op Mars het volstrekt enige dat men er wist te verkrijgen; herhaalde PR-experimenten van beide Marslanders leverden nauwelijks significatieve hoeveelheden van het radioactief eindprodukt op, en wezen op een hitte-bestendig proces. Na veel discussie besloot het Horowitzteam met pijn in het hart dat de eerste proefneming waarschijnlijk een anomalie was geweest (te wijten aan een gebrekkig functioneren van het instrument?) en dat men dus ook daar met een louter anorganisch proces te maken had. Die interpretatie werd versterkt of bevestigd door drie andere proeven. Om te beginnen bleek de toevoeging van water aan de Marsbodem geen effect te hebben op de afloop van het PR-experiment; terwijl normalerwijs die ingreep een metabolische activiteit in de bodem had moeten stimuleren. Vervolgens

[p. 429]

bleek dat als het PR-experiment in volslagen duisternis werd uitgevoerd, het evenmin enig effect sorteerde, terwijl in aardse bodems dan, vanwege het uitblijven van de fotosynthese, een gevoelige vermindering van het metabolisme optreedt. Tenslotte leverden laboratoriumproeven met ijzerrijke mineralen als maghemiet (Fe₂O₃) dezelfde resultaten op als de proeven met de Marsbodem. Men weet niet eens of de aanvankelijk in de kiezelgoerfilter achtergebleven koolstof wel degelijk een organische verbinding (van koolstof en waterstof) voorstelt: uit de aard zelf van de gebruikte methode volgt immers dat ook deze koolstof eerst op 640^o tot CO₂ was geoxydeerd vóór ze uit het kiezelgoer verdreven werd.

Intussen verschenen twee nieuwe studies, die de oxydatieprocessen op Mars theoretisch probeerden te verklaren. Volgens D.M. Hunten¹¹ worden in de onderste lagen van de Marsatmosfeer alle watermoleculen door de sterke UV-straling ontbonden in H en OH: OH is een zeer reactieve stof die leidt tot de vorming van peroxyden als H₂O₂ en van ijzeroxyden als Fe₂O₃. Dit zou tegelijk verklaren waarom Mars zo ‘rood’ ziet: het Marsoppervlak bestaat voor 13% uit ijzer dat overwegend in ijzeroxyden gebonden is. Volgens S.F. Chung, K.D. Pang e.a.¹² blijkt uit laboratoriumproeven dat sterke UV-straling in de aanwezigheid van atmosferische zuurstof en titaniumoxyde (het Marsoppervlak bevat 0,5% titanium) eveneens een sterk oxyderende werking heeft.

Horowitz' globale conclusie luidt: aan (op zijn minst) twee planeetwijze oxydatieprocessen hebben we ruimschoots genoeg om te verklaren waarom er op Mars geen (micro)metabolisme noch enige organische verbinding aangetroffen werd.

11 D.M. Hunten, Possible Oxidant Sources in the Atmosphere and Surface of Mars, in Journal of Molecular Evolution, 14, 1979, pp. 71-78.

12 F.S. Chun, K.D Pang e.a., Photocatalytic Oxidation of Organic Compounds on Mars, in Nature, 274, 1978, pp. 875-876.

Terug Naar Utopia?

Met de Vikingexperimenten kreeg de speurtocht naar leven op Mars een ronduit ontgoochelende ontknoping. Nu het zo goed als zeker is dat Mars geen leven herbergt, blijft de vraag: wat verwacht men eigenlijk van een bemand onderzoek van de dode planeet? Daarover zijn de meningen verdeeld. Sommigen klampen zich vast aan de hoop ergens op Mars toch nog een bijzonder beschutte plek of een niet te zoute plas aan te treffen, waar enig minimaal leven aanwezig zou zijn; in hun ogen zijn de twee door de Vikinglanders onderzochte plaatsen te weinig representatief om definitieve uitspraken over heel de planeet te kunnen doen. Anderen stellen zelfs dat de Vikingexperimen-

[p. 430]

ten in feite al enig minimaal leven hebben aangetoond, zij het beneden de gevoeligheidsgrens van het GCMS-experiment dat geen organische verbindingen vermocht aan te wijzen. Veruit de meesten zijn ervan overtuigd dat de Vikingexperimenten Mars dood hebben verklaard en weigeren ‘de legende van de blauwe eenhoorn’ au sérieux te nemen. Onder de ironische benaming verstaat men het hypothetisch bestaan van een volstrekt anderssoortige vorm van leven, die in de ondergrond van Mars of de maan verborgen zou kunnen zijn. Dat vinden de meeste onderzoekers een volstrekt gratuite hypothese.

Waarom dan toch een bemande exploratie van Mars? Het motief dat het vaakst wordt gehoord luidt: we moeten op zoek gaan naar fossiel leven op Mars, leven dat daar in een oeroud verleden, toen er nog vrij overvloedig vloeibaar water voorhanden was, zou zijn ontstaan. Vanuit louter wetenschappelijk standpunt zou de ontdekking van fossielen op Mars ontegenzeglijk uitermate revelerend zijn: dat zou bewijzen dat leven zich ook onder veel ongunstiger omstandigheden dan de aardse vermag door te zetten, ook al was het in dat geval gedoemd om na een zekere tijd weer uit te doven. Mars zou dan inderdaad ‘the planet of spent life’, de planeet van ‘verbruikt’ leven zijn, zoals Spencer Jones haar in 1940 betitelde.

Wordt de speurtocht naar fossielen het hoofdmotief, dan zal ‘Mars misschien eerder door paleontologen dan door biologen onderzocht moeten worden’¹³. En zelfs nog eerder door ervaren micropaleontologen. Dat men in 2 tot 3 miljard jaar oude gesteenten op aarde fossiele bacterieën en eencellige wieren met voldoende zekerheid heeft herkend, was uitsluitend te danken aan veelvuldig en nauwgezet microscopisch onderzoek. Macroscopisch waarneembare fossielen, nl. cm grote meercellige vertakte wieren en even grote dierlijke resten zijn pas in respectievelijk 1,3 miljard en 800 miljoen jaar oude sedimenten gevonden. Voor de Marsexplorator-paleontoloog zal het een hele klus zijn om naar dat soort gesteenten uit te kijken die misschien microfossielen bevatten... tenzij er op Mars ook stromatolieten zouden voorkomen. Stromatolieten worden ook vandaag nog in sommige kustwateren gevormd (de oudste zijn meer dan 3 miljard jaar oud) en bestaan uit de veelvuldige - met het blote oog waarneembare - afwisseling van donker gekleurde, met organisch materiaal verrijkte laagjes en lichter gekleurde, overwegend anorganische afzettingen. De donkere laagjes vertegenwoordigen periodes van overvloedige algengroei, de lichtere even zovele tussenperiodes van door anorganisch sediment grotendeels ‘verstikte’ algenpopulaties.

13 Steven M. Stanley, Earth and Life through Time, W.H. Freeman and Company, New York, 1986, 690 pp., p. 245.

[p. 431]

Ook de promotoren van bemand Marsonderzoek zijn het erover eens dat daaraan in ieder geval nog heel wat onbemande exploratie vooraf moet gaan. Robots zullen Marsgesteenten moeten verzamelen en ze voor nader onderzoek naar de aarde brengen: op die manier zijn de Russen destijds aan hun maangesteenten gekomen. Een reeds vergevorderd project wil het Marsoppervlak verkennen door middel van een ballon, uitgerust met een camera en een over de bodem slepende holle kabel of ‘slang’: interessant lijkende gesteenten zouden in de slang opgezogen en opgeborgen worden. De met gesteentemonsters gevulde slang moet dan nog wel van Mars weggehaald en naar de aarde overgebracht worden.

Epiloog

Intussen, zo besluit Horowitz zijn verhaal, heeft de speurtocht naar leven op Mars ons alvast een drietal behartenswaardige inzichten bijgebracht. Ten eerste: ‘De ontwarring van de Marsmythe, begonnen in 1963, leerde ons evenveel over de wetenschapsmensen zelf als over Mars’. Lange tijd zat de Marswetenschap op menig dwaalspoor omdat de beoefenaars ervan per se en par force voorbarige deducties of letterlijke voor-oordelen bevestigd wilden zien. Vervolgens: ‘Tegelijk was het een demonstratie van het vermogen van de wetenschap om haar eigen vergissingen te ontdekken en te corrigeren’. Tenslotte was de falende zoektocht naar leven weliswaar ‘een ontgoocheling maar tegelijk een openbaring’: de (nu ook wetenschappelijk gefundeerde) erkenning dat de aarde in ons zonnestelsel inderdaad een unieke en bevoorrechte plaats voor leven is, kan ‘onze vastberadenheid sterken om zelfvernietiging te voorkomen’. Als de Marsexploratie daartoe haar steentje bijdraagt ‘zal ze voor de toekomst van de mensheid meer hebben bijgedragen dan alleen maar wetenschap’ (o.c., pp. 145-146, en passim).