مارتن‭ ‬فان‭ ‬كرانيندونك‭ ‬وميتش‭ ‬سكولت‭ ‬- ترجمة‭: ‬ديمة‭ ‬أبو‭ ‬ظهر‭ ‬–‭ ‬COSMOS –‭ ‬العدد ‭ ‬85‭ ‬

في عام 2020م، انطلقت مركبتان جوّالتان من الأرض تبحثان عن آثار حياةٍ كانت في المريخ. أخذ عالم الأحياء الفلكي مارتن فان كرانيندونك (Martin Van Kranendonk)عالم برنامج «مارس 2020م» التابع لوكالة ناسا ميتش سكولت (Mitch Schulte)، مع علماء المركبة الجوالة إلى بيلبارا الواسعة والغنية، الواقعة في غرب أستراليا، ليريهم كيفية السفر عبر الزمن الجيولوجي لاكتشاف البيولوجيا المختبئة في الأماكن الواضحة.

إليك قصتهما حول ما حدث لاحقًا…

«لقد كنا منخرطين في دراسة الحياة القديمة، وفي بحث عن الحياة على المريخ وعلى الأرض المبكرة لعدة سنوات الآن» – مارتن فان كرانيندونك.

لماذا بيلبارا؟

تحتوي هذه المنطقة الواقعة في شمال غرب أستراليا – منطقة بيلبارا – على أقدم وأفضل دليل محفوظ للحياة على هذا الكوكب. بعض الأنظمة الطبيعية تتعرض للضرر على عكس غيرها. لذلك كانت بيلبارا حقًّا مصادفة للحفظ. يرجع السبب في ذلك إلى درجة الذوبان العالية التي حدثت تحت البيلبارا خلال فترة تكوينها الطويلة، التي خلفت وراءها بقايا مستنفدة وعائمة وباردة مما حافظ على الجزء الداخلي من الركيزة القارية محميًّا من التلف على مرّ الدهور اللاحقة. العامل الآخر هو أنَّ الأرض كانت عرضة لتأثيرات قوية من النيازك الكبيرة حتى نحو 3.8 مليارات سنة في أواخر القصف الثقيل. لذا فإن صخور بيلبارا هي في الحقيقة من أوائل الصخور التي تشكَّلت ولم تتعرض للقصف؛ وكانت قادرة على البقاء لأنَّ تطور النظام الشمسي كان يتلاشى في ذلك الوقت.

هناك جانب من جوانب الحياة ربما لا يدركه معظم الناس. تترسب الحياة الميكروبية المبكرة في الصخور – وتودع هذه الميكروبات معادن مختلفة من خلال عملية تمثيلها الغذائي لإنتاج الطاقة الغذائية. لذلك عندما ترى ألوانًا مختلفة في الصخور، تكون هذه أحيانًا من صنع الجيولوجيا، ولكن غالبًا ما تكون الميكروبات نفسها هي التي رسبت معادن مختلفة. لعلك على دراية بالذهب الكاذب – البيريت، وهو أحد المعادن اللامعة الأكثر شيوعًا. يمكن أن يتكون هذا المعدن في الواقع من عمليتين مختلفتين: يمكن أن يتشكل عن طريق الصهارة، حيث تخرج الحرارة والسوائل من غلاف الأرض، أو يمكن أن يترسب بسبب نشاط الميكروبات. حيث تأخذ بعض الميكروبات جزيئًا من الكبريتات – SO4 – وحولته إلى H2S، وهو شديد التفاعل مع الحديد. في وقت مبكر من كوكب الأرض، لم يكن هناك أكسجين حرٍّ في الغلاف الجوي أو المحيطات، لذلك كانت البحار مملوءةً بالحديد. وبمجرد أن صنعت الميكروبات H2S، اندمج مع الحديد ليتشكل البيريت.

دليل على الحياة؟

01 – التصفيح المتجعد الناتج عن الحياة (في الأسفل) مقابل طبقات الرواسب الملساء الخالية من الحياة (في الأعلى)، وكلها على بعد بضع سنتيمترات فقط.

02 – هياكل محلية مغلفة متجعدة وواسعة بنتها مجتمعات الكائنات الحية الدقيقة منذ 3.48 مليارات سنة.

03 – نتوءات صغيرة متعددة الطبقات في صخرة توحي بوجود الحياة – ولكن كيف نتأكد من ذلك؟ يجب إجراء تحليل كيميائي مفصل لإثبات أنَّ هذه الهياكل قد تكونت فقط من خلال نشاط الحياة.

إنَّ أقدم الستروماتوليت في بيلبارا كلها مصنوعة من البيريت، الذي رسبته الميكروبات. وهو ما يمنح الصخور على السطح لونًا أحمر صدئًا. إنه بيريت صدئ، بينما قامت مجتمعات ميكروبية أخرى بترسيب كربونات الكالسيوم – وهو معدن بني فاتح. في الواقع، إن نشاط الحياة يغير الجيولوجيا، ويمكننا أن نرى تلك البنى والمعادن في الصخور على أنها حصرية وفريدة عن الحياة. مما يقدم أيضًا أسلوبًا آخر لاستكشاف الحياة – فليست البنى فقط هي التي تجمّع نفسها، بل المعادن أيضًا.

نحن نقضي حياتنا المهنية في النظر إلى المعالم والمعادن المرتبطة بالحياة الميكروبية المبكرة على الأرض، وفي التفكير بعمق في طرق التمييز الإيجابي بين علم الأحياء (الحياة) وبين الجيولوجيا. نحن البشر عبارة عن علم أحياء، لكننا أيضًا نتكون من نظام كيميائي، على الرغم من أنَّ النظام الكيميائي وحده لا يعني بالضرورة أنه علم أحياء.

لذا فإننا نواجه في طليعة مجالنا العلمي التحدي المتمثّل في التمييز بين الجيولوجيا ومجرد العمليات الكيميائية، وبين العمليات التي تصنعها البيولوجيا بشكل فريد. ونحن نقضي كثيرًا من الوقت في البحث عن تقنيات ومنهجيات جديدة لنتمكّن من التمييز بين هذين الأمرين.

لأنك إن ذهبت إلى المريخ، لن تودَّ أن تقول، «أوه، لقد وجدنا للتو شيئًا من الكيمياء المثيرة للاهتمام، أو بعض البنى الصخرية المثيرة للاهتمام»، بل تريد أن تكون قادرًا على إثبات أنَّ البقايا تكونت عن طريق الحياة حصريًا. وعندما تتعامل مع الصخور القديمة، فأنت تتعامل فعليًّا مع الآثار الكيميائية وبصمات الكائنات الدقيقة المجهرية. عندها سيتعيّن عليك إيجاد طرق لتكون واثقًا – لتكون قادرًا على قول «نعم، لقد تكون هذا الشيء من خلال الحياة – علم الأحياء – وليس فقط من خلال ضرب من الكيمياء أو العمليات الفيزيائية».

مواصفات جوالة مارس 2020م

جوالة مارس 2020م هي بحجم السيارة: بطول حوالي 3م، وعرض 2.7م، وارتفاع 2.2م، ولها ذراع يمكن أن يمتد حتى 2.1م. وبوزن 1050 كغ، فهي تقل عن وزن السيارة بحوالي 200 كغ.

اعتمادًا على حب الاستطلاع، تتمتع الجوالة بعجلات أضيق، وأمتن، وذراع أقوى لتستوعب الأجهزة المتزايدة، ونظام حاسوبي أكبر وأسرع، كما لديها مخزون العينات.

في  بيلبارا .. أصل كل أشكال الحياة

يبلغ عمر الصخور في بيلبارا 3.5 مليارات سنة، وهو ما يقرب من عمر معظم القشرة على المريخ. ونحن نعلم الآن أنَّ المريخ كان يتمتع بجوٍّ دافئٍ ورطبٍ في وقت مبكر من تاريخه – وأنَّ كل هذا حدث تقريبًا في الوقت نفسه الذي تشكلت فيه الصخور في بيلبارا، بما في ذلك الستروماتوليت. ومن المثير جدًّا أن نعتقد أنه ربما ازدهرت الحياة على المريخ تمامًا كما ازدهرت على الأرض.

بشكل أساسي، إنَّ سجل الحياة في بيلبارا هو أصل كل أشكال الحياة على كوكبنا. فعندما تلمسه وتتجول حوله – على تلك الصخور القديمة لا يزال بإمكاني رؤية التموُّجات على الشاطئ وطريقة تدفق المياه – يمكنك في الواقع أن تعود بنفسك إلى زمن سابق وأن تشعر كأنك تمشي على طول حافة الشاطئ منذ 3.5 مليارات سنة، لترى الحياة تبدأ على هذا الكوكب شديد الصغر.

في عام 2019م، استضفنا المتخصصين في أجهزة المركبة الجوالة التي أطلقتها وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، إضافة إلى رؤساء استكشاف المريخ في وكالة ناسا. وقد جاء هؤلاء العلماء للنظر في هذه الصخور وهم يفكرون: كيف يمكنني استخدام أداتي؟ ما الذي أحاول البحث عنه؟ إلى أين نحن ذاهبون لأخذ عينات من الحياة على المريخ؟

بالنسبة إلى كثيرٍ من العلماء، كانت هذه هي المرة الأولى التي يرون فيها آثارًا للحياة المبكرة. وقد وجدوها تسحر الألباب: إنه تعقيد العلم الذي يدخل في دراسة الحياة على الأرض وأهمية تركيبة الصخور. فالصخور هي صخور، ولكن عندما تنظر بطرق أكثر شمولية إلى البيئة، حيث ترسبت والأشياء المحيطة بها، فإنَّ هذا النطاق مهم حقًّا لفهم الحياة نفسها – ليس فقط المكان الذي تعيش فيه، ولكن كيفية التعرف إليها، وتحديدها، وطريقة تكوينها.

هناك شيئان كنت سآخذهما من الرحلة؛ أحدهما هو الإدراك بأنه عندما يرى الناس هذه المعالم في النتوءات، عندما يكونون محاطين فعليًّا بالجيولوجيا، يكون الأمر مختلفًا تمامًا عن رؤية صورة مقربة لنسيج صخري في مؤتمر، أو صخرة في مختبر. لقد أتيحت لنا الفرصة لمناقشة ذلك، وإظهار كيف كانت تركيبة النتوءات جزءًا مهمًا في البحث عن الحياة على المريخ.

لكنني اكتسبت أيضًا تقديرًا لجسامة المهمة التي يواجهها هؤلاء العلماء. إنه أمر سهل بالنسبة إلي وإلى الآخرين أن نتجول بحرية – يمكننا الذهاب والبحث حيث نريد. ولدي الرفاهية بأن آخذ كثيرًا من العينات إلى مختبري أنى أريد. لكن علماء المركبة الجوالة قد يكونون قادرين على جمع عينة واحدة من طبقة فقط. ويعتمد بحثهم بشكل كبير على الأدوات التي يمتلكونها – فهي متطورة جدًّا، لكنها لا تزال محدودة جدًّا من عدة نواحٍ.

إنه عمل معقد جدًّا، يتعلق الأمر حقًّا بالتفاصيل: كيف يمكنني الحفر على هذا النتوء إذا كان لدينا مَيل بأكثر من 10 درجات؟ وحتى لو تمكنت من تحديد طبقة مثيرة للاهتمام، فهل من الأفضل أخذ عينة من 5 سنتيمترات إلى اليسار أم 5 سنتيمترات إلى اليمين؟ ما الذي سيعطيني أفضل فرصة للنجاح؟ كل ذلك من على بعد مليون ميل.

عمل شاق

«أنا عالم جيولوجيا بالتدريب – وكانت درجة الدكتوراه التي حصلت عليها في الكيمياء الجيولوجية – وعندما تدخل الدراسة العلمية، فإنَّ الصخور في ولاية غرب أستراليا هي واحدة من الأماكن في قائمة الأمنيات التي لا بد أن تراها، لأنها تحتوي على بعض أقدم الأدلة في الحياة على الأرض – إنها مثيرة للاهتمام حقًّا. وهذا هو نوع الأشياء التي نأمل أن نجدها على كوكب المريخ» -ميتش سكولت.

السطح هناك الآن بارد وجاف ومغبر ولا توجد فيه مياه سائلة، لذلك لا نعتقد أننا سنجد أي شيء حي في الصخور على السطح. لكننا نعتقد أنه كانت هناك ظروف مواتية للحياة على سطح المريخ أو بالقرب من سطح المريخ عندما كانت هناك مياه سائلة على السطح، بدليل قنوات الأنهار وتغيير المعادن بواسطة المياه السائلة، على سبيل المثال.

كنت أرغب حقًا أن أصل بفِرق المهمة إلى بيلبارا للحصول على إدراك لما نبحث عنه من جهة، ولمدى صعوبة القيام بذلك هنا على الأرض، ومعرفة مدى خصوصية هذه الصخور هنا من جهة أخرى. كثير من الأشخاص الذين يعملون على بناء أدوات لهذه المهمات الفضائية ليسوا جيولوجيين ولا يعرفون دائمًا ما الذي يبحثون عنه عندما ينظرون إلى الصخور. هذا أمر منطقي، لأنك عندما تحاول معرفة البصريات الخاصة بمقاييس الطيف، على سبيل المثال، فإنك تحتاج حقًّا إلى المزيد من الخلفية الفيزيائية.

لا أعلم ما إذا شاهدتَ صخور بيلبارا – وإذا لم تكن قد شاهدتها فعليك أن تذهب – لكن نتوءات الصخور الأساسية ليست كبيرة فعلًا. لذا عليك أن تستخدم القرائن لتخبرك ما نوع البيئات التي كانت موجودة قبل ثلاث مليارات ونصف المليار سنة لمعرفة مكان البحث عن دليل على الحياة في الصخور. وهو الأمر عينه الذي تحاول هذه المركبات الجوالة القيام به على المريخ من على بعد مئات الملايين من الأميال، باختلاف أنَّ روبوتًا بدلًا من شخص يمكنه التجول والعودة إلى المنطقة عدة مرات.

لدى جوالة ناسا حمولة من سبع أدوات مختلفة مصممة للبحث في الكيمياء، وعلم المعادن، وجيولوجيا المواد الموجودة على سطح المريخ (الصخور والرواسب). وسنبحث أيضًا عن مواد عضوية. إنها تعمل جميعها معًا وبشكل متداخل. تعمل بعض الأدوات بشكل أسرع قليلًا، بينما يقوم بعضها الآخر بتحليل أكثر تفصيلًا، لكنها تزودنا جميعها بما نسعى إلى معرفته.

وسيرسل الأوروبيون أيضًا مركبة (ExoMars Rover) إلى المريخ العام المقبل. ولدى وكالة ناسا أداة تطير مع (ExoMars)، كما تحتوي مركبتنا على عدة أدوات أوروبية. ثمة كثير من التعاون بيننا.

سنكون حريصين جدًّا على ألا نلمس الصخور على سطح المريخ التي نعاينها باستخدام الأدوات؛ لأننا نريدها أن تكون نقية قدر الإمكان عند عودتها.

وسنستخدم الأدوات لفهم الجيولوجيا والسياق الخاص بالمكان حيث كنا، ثم عند اقتناعنا بأننا وجدنا مكان الذب نريد بالفعل أخذ عينات منه، سنتأكد من أننا سنذهب إلى بقعة توجد فيه صخور لم يتم لمسها بهذه الأدوات. وسنجمع هذه النوى في أنابيب، وستُغلق الأنابيب، وتُترك على سطح المريخ حتى نأتي لأخذها لاحقًا.

يمكن للجوالة اختيار 20 عينة فقط من المريخ لتحليلها مرة أخرى على الأرض. إليك كيف ستقرر:

الدماغ: يحتوي الكمبيوتر الذي يجمع بيانات الأداة على 256 ميجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي، وذاكرة فلاش بسعة 2 جيجابايت فقط، ولكن هذا يعادل 8 أضعاف ما كان في المركبتين الجوالتين إلى المريخ (سبيريت) و(أبرتيونتي).

ماستكام-زد: تتمثل وظيفة هاتين الكاميرتين في العمل بنظام مجسم مثل «عيون» للجوالة. بنطاق 360 درجة وزوم تكبير عالٍ – يمكن أن يركز في ذبابة منزل من على بعد طول ملعب كرة القدم – وهذا ما سيسمح للعلماء باختيار أفضل المواقع لفحصها عن قرب.

سوبر-كام: لا بد أننا محظوظون جميعًا لامتلاكنا كاميرا مزودة بالليزر. تطلق الجوالة الليزر على الصخور عن بعد 7 أمتار لإنشاء «بصمة ضوئية» ليمكن لمقياس الطيف الخاص بها تحليل الآثار الكيميائية للحياة (إضافة إلى أي عناصر ضارة بالبشر).

بكسل: يمكن لمقياس الأشعة السينية في PIXL تحليل التفاصيل الدقيقة، واكتشاف أكثر من 20 «بصمة» كيميائية لعناصر موجودة في أجزاء قليلة فقط في المليون.

شيرلوك وواتسون: يعمل هذا الثنائي الديناميكي معًا من مسافة قريبة – 5 سم عن سطح الصخرة – تعمل كاميرا واتسون بالترافق مع الليزر فوق البنفسجي ومقياس طيف الأشعة فوق البنفسجية العميق والفلوري الخاص بشيرلوك على جمع بيانات أكثر دقة حول وجود المواد الكيميائية العضوية.

تخزين العينات: عندما يتفق العلماء على صخرة فيها دليل محتمل على الحياة، يملأ مثقاب الجوالة الدوار ومساعد الذراع الآلي واحدًا من 43 أنبوبًا لتخزينه في جوف الجوالة. سيحتاج العلماء إلى اختيار موقع مستودع يسهل إعادة اكتشافه لإلقاء أنابيب كنزهم الجيولوجي فيه لاسترجاعها لاحقًا.

لدينا 43 عينة من الأنابيب، التي يجب أن تتضمن عددًا من الفراغات – أنابيب «الشاهد» التي يمكن استخدامها لمراقبة التلوث من الأرض. نحن نخطط لجمع 15-20 حاوية خلال المهمة الرئيسة. ونحن نعمل بجد في وكالة ناسا للحصول على موافقة إدارة الكونجرس والرئاسة لبدء مهمة للذهاب وإحضارها وإعادتها إلى الأرض للدراسة. سيكون أقرب وقت يمكننا إرسال هذه المهمة فيه هو عام 2026م، ولن تعود العينات حتى نهاية العقد.

أحد أكبر الدروس التي تعلمها العلماء في بيلارا هو أنَّ أمامهم عمل شاق، وهو أمر عادل، وهو جزء مما أردت تأكيده لهم. إذا هبطت المركبة الجوالة في الوادي حيث تعلم أنَّ هناك مادةً تحتوي على دليل على الحياة، ولكنك لا تعرف أنها موجودة، فهل ستفعل كل الأشياء الصحيحة لتقودك إلى دليلك على الحياة؟

لذلك من المهم تكوين فكرة عن مدى تقدير قيمة هذه العينات وندرتها.

تنقل جوالة مارس 2020م أيضًا طائرة هليكوبتر للقيام برحلة اختبارية تكنولوجية في الغلاف الجوي الرقيق للمريخ.

جرى كثير من النقاشات بين فريق «Mars 2020» وفريقي «Mars 2020» و «ExoMars» حول كيفية التعامل مع العمليات على السطح بعد رؤية هذه الصخور بأنفسهم. كان من المفيد جدًّا لغير علماء الجيولوجيا على وجه الخصوص الحصول على تقدير لـفكرة «حسنًا، هذا ما تحاول آلتك القيام به، وهذه هي الأشياء التي ستبحث عنها بالفعل على المريخ».

قضى (مارتن) كثيرًا من الوقت هناك، وهو يعرف المنطقة حقَّ المعرفة، لذلك كان قادرًا على مساعدة جميع المتخصصين في الآلات على رؤية أهمية البيئة المحيطة، عندما تبدأ بالقراءة، ستخبرك الصخور قصة أخرى فعلًا.