VIKINGSKÁ SÁGA DOSUD NEDOPSANÁ


Obr. 1: Krajina na planetě Mars

V letošním roce uplynulo 40 let od úspěšného přistání sond Viking 1 a Viking 2 na Marsu, které provedly první experimenty zaměřené na detekci mimozemského života. V době plánování a přípravy mise se předpokládalo, že pokud na Marsu existuje život, budou to fototrofní a heterotrofní mikroorganismy, podobné pozemským sinicím, mikrořasám, bakteriím či mikroskopickým houbám přežívajícím v chladných pouštích Antarktidy. A tomu měly odpovídat i experimenty zaměřené na detekci života, založené na sledování metabolické aktivity – změny složení atmosféry, spotřeba nebo syntéza organických látek.

Ale ani po 40 letech, i když jsou k dispozici podrobná data o současných podmínkách na Marsu a jeho planetárním vývoji, i když dokonce můžeme sledovat v mobilu aktuální počasí na Marsu on-line, základní otázka Jestli existoval, nebo stále existuje život na Marsu? zůstává stále nezodpovězena. Připomeňme si proto misi Vikingů, Vikingskou ságu o hledání života na Marsu, která stále pokračuje.


Obr. 2: Orbitální (vlevo) a přistávací (vpravo) modul Vikingu. Zdroj: Orbiter: NASA, Lander: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona.

Projekt Viking začal po zrušení projektu Voyager v roce 1967, kdy NASA začala hledat alternativní mise planetárního průzkumu. Design Vikingu, na kterém spolupracovali inženýři a specialisté z NASA Langley, JPL a NASA Headquaters a který byl založen na předchozích planetárních misích Mariner, byl dokončen v posledních dnech roku 1968. Každá sonda se skládala z družicového (orbiter) a přistávacího (lander) modulu (obr. 2).

Orbitery zajišťovaly transport landerů k Marsu, prováděly snímkování povrchu pro lokalizaci a ověření vhodných míst pro přistání, pozorování atmosféry a předávaly signál z landerů na Zemi. Landery nesly přístroje pro analýzu půdy, meteorologická pozorování, seismologii, studium magnetických a fyzikálních vlastností marsovského povrchu a atmosféry. Pro astrobiologii byl nejdůležitější 15,5 kg vážící Systém pro biologické experimenty (Biology Experiment System, PI: H. P. Klein, NASA Ames, obr. 3).


Obr. 3: Systém pro biologické experimenty. Upraveno, zdroj: NASA.


Obr. 4: Schéma propojení experimentů. Vlevo – PR, uprostřed – LR a vpravo – GEX. Upraveno, zdroj: NASA.

Experimenty zahrnovaly (viz také obr. 4):

 1  Gas Exchange (GEX, Experiment s výměnou plynů; PI: Vance Oyama, NASA Ames)
Vyměňuje si něco v půdě Marsu plyny, např. CO2 , O2 , N2 , H2 a CH4 , s atmosférou?
Ke vzorku půdy byl přidán roztok s organickými látkami. Roztok byl přidáván postupně, nejprve byl vzorek jemně postříkán, později byl zcela nasycen živným roztokem. V pravidelných intervalech byla prováděna analýza atmosféry pomocí GC (plynové chromatografie).

 2  Labeled Release (LR, Experiment s označenými atomy; PI: G. Levin, Biospherics Inc.)
Uvolňuje něco v půdě Marsu uhlík z organických sloučenin?
Analogie dýchání. Vzorek byl jemně postříkán směsí organických látek označených 14C. Během inkubační doby byla zjišťována přítomnost 14C v atmosféře pomocí Geigerových počítačů.

 3  Pyrolytic Release (PR, Experiment s uvolňováním značených atomů pomocí pyrolýzy; PI: N. Horowitz, Caltech)
Asimiluje něco v půdě Marsu uhlík ve formě CO a/nebo CO2?
Analogie fotosyntézy. Ke vzorku půdy byla přidána směs 14CO a 14CO2. Poté byl vzorek ozařován xenonovou lampou, UV část spektra byla odfiltrována. Po pětidenní inkubační době byla atmosféra nahrazena héliem a vzorek byl pyrolyzován. Po pyrolýze byla zjišťována přítomnost 14C v atmosféře pomocí Geigerových počítačů.

 4  Gas Chromatography/Mass Spectroscopy, doplňkový experiment (GC/MS, Plynová chromatografie / Hmotnostní spektrometrie, PI: K. Biemann, MIT)
Obsahuje půda Marsu organické sloučeniny?
Vzorek byl zpyrolyzován při 500 °C a přítomnost C byla detekována plynovým chromatografem/hmotnostním spektrometrem.

Zrcadlová podoba experimentů LR a PR nebyla ale výsledkem vědeckého plánování, vznikla náhodně rozhodnutím byrokratů. Čtvrtý navrhovaný základní biologický experiment, „Wolf trap“ (PI: W.V. Vishniac, University of Rochester), kdy by ke vzorku půdy byl přidán živný roztok a sledovala se změna zákalu a pH, byl zrušen, aby se snížily náklady projektu. Přesto, že měl možná nejvyšší šanci prokázat, jestli je na Marsu život. Pro předletové testy byly využity vzorky půd sebrané v různých klimatických zónách, včetně oblasti Dry Valleys v Antarktidě. Rovněž byly provedeny na sterilních vzorcích, např. měsíčním regolitu. Na jejich základě byla definována kritéria přítomnosti/nepřítomnosti života na Marsu (tab. 1).


Tab. 1: Teoretické výsledky potvrzující/vyvracející přítomnost života na Marsu.

Viking 1 odstartoval z Cape Canaveral 20. srpna 1975 a po několika korekcích dráhy přiletěl k Marsu 19. června 1976. Po navedení na oběžnou dráhu Marsu začal podrobně snímkovat oblast předpokládaného místa přistání. Lander přistál 20. července 1976 v Chryse Planitia. Viking 2 se vydal k Marsu 9. září 1975, kam dorazil 7. srpna 1976. Lander přistál 3. září 1976 v Utopia Planitia.

Biologické experimenty začaly několik dní po přistání a trvaly do konce května následujícího roku.

V případě GEX bylo pozorováno masivní uvolnění plynů trvající maximálně několik desítek hodin po přidání živin, po sterilizaci (145°C) byla aktivita vzorku zredukována. Výsledky LR indikovaly dle předletových kritérií přítomnost živých mikroorganismů, po sterilizaci (50 a 170°C) tato aktivita ustala. Navíc tato aktivita byla vyšší v Utopia Planitia, která je vlhčí než Chryse.


Tab. 2: Skutečné výsledky

Výsledky PR u nesterilizovaných vzorků také naznačovaly přítomnost života, po sterilizaci při 170°C byla inkorporace 14CO/14CO2 zredukována, ale úplně nevymizela, stejně jako v případě GEX (tab. 2). GC/MS neprokázala přítomnost organických látek.

Závěr: pozorované výsledky byly způsobeny neobvyklou chemií marsovské půdy, pravděpodobně přítomností silného anorganického oxidantu. Perchloráty, silná oxidační činidla, byly později detekovány sondou Phoenix v roce 2008.

Ale pochybnosti přetrvávají:

 1  Při podrobném zkoumání byla zjištěno, že předletové srovnání jednotlivých detekčních metod ukazuje na možné různé detekční limity, zejména GC/MS by nemusel za určitých podmínek detekovat přítomnost organické hmoty odpovídající 106 buněk v gramu půdy.

 2  Antarktický vzorek č. 726 byl pozitivní při použití LR, ale negativní při zkoumání GC/MS, a byly v něm detekovány živé organismy.

 3  Podobné výsledky LR jako na Marsu byly pozorovány u polárních kryptoendolitických společenstev. Tato společenstva mají obecně nízkou metabolickou aktivitu kvůli nepříznivým podmínkám (obr. 5).

 4  Pozdější statistická (clusterová) analýza výsledků LR jasně oddělila nesterilizované a sterilizované vzorky.

 5  Ani přítomnost perchlorátů nevylučuje možnost života. Některé mikroorganismy mohou získávat energii z perchlorátů anaerobní redukcí. Perchloráty výrazně snižují bod tání a jejich přítomnost možná umožňuje výskyt kapalné vody na současném Marsu, třebaže jen v prostorově a časově vymezených nikách.

 6  Pozemské mikroorganismy, zejména z polárních oblastí, mohou přežívat v podmínkách současného (!) Marsu.

Obr. 5: Nízká fotosyntetická aktivita u kryptoendolitického společenstva (Svalbard).

I když sondy Viking jednoznačně nepotvrdily přítomnost života na Marsu (ale také jednoznačně nepotvrdily jeho nepřítomnost), bez zkušeností získaných během této mise by nebylo možné plánovat další astrobiologický průzkum Marsu nebo jiných astrobiologicky zajímavých těles Sluneční soustavy:

 1  Je vždy nutné provádět měření i kontrolní experimenty na stejných vzorcích

 2  Je vždy nutné mít několik experimentů k otestování několika hypotéz pro obecné závěry

 3  Je třeba použít metody detekce vhodné pro lokální podmínky, neorientovat se podle běžných standardů

 4  Kultivační pokusy, jaké byly provedeny na Vikingu, nejsou vhodné, i v případě pozemských organismů se podaří kultivovat jen 1 ‰ – 1 % přítomných mikroorganismů

 5  Před letem musí být provedeny robustní testy porovnávání metodik a vytvoření systému pozitivních a negativních kontrol (trvající i deset až patnáct let)

Nyní se k Marsu blíží evropská sonda programu ExoMars. Trace Gas Orbiter zakotvil na prozatím eliptické oběžné dráze kolem Marsu, avšak lander Schiaparelli, který se odpojil od orbiteru 16. října 2016, havaroval. Doufejme, že Trace Gas Orbiter a mise ExoMars 2020 napíší další kapitolu do vikingské ságy.

Autorka:
RNDr. Jana Kvíderová, Ph.D. (Centrum polární ekologie PřF JU, jana.kviderova@objektivem.net)

Více v:
Bizony P. Řeky na Marsu. Hledání vesmírných zdrojů života. Práh, 1998;
Ezell E.C. a Ezell L.N. On Mars: Exploration of the Red Planet, 1958–1978. NASA, 1984;
Sullivan W.T. a Baross J. A. Planets and life. The emerging science of astrobiology. Cambridge University Press, 2007.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •