جزيئات عضوية تحتوي على النيتروجين عمرها 4 مليارات عام تم اكتشافها في النيازك المريخية

 

4-billion-year-old nitrogen-containing organic molecules discovered in Martian meteorites

تاريخ: 27 مايو 2020

مصدر: معهد طوكيو للتكنولوجيا

ملخص:

اكتشف العلماء في عينات نيزك من المريخ مركبات عضوية ضرورية للحياة: المواد العضوية الحاملة للنيتروجين في نيزك مريخي عمره 4 مليارات عام. مما يشير إلى أن بيئة المريخ في السابق كانت أقل تأكسدًا مما هي عليه اليوم.

 

 

تصميم : علي ثاير النعيمي

وجد فريق بحثي يضم عالم البحث أتسوكو كوباياشي Atsuko Kobayashi من معهد علوم حياة الأرض (ELSI) في معهد طوكيو للتكنولوجيا في اليابان وعالم الأبحاث ميزوهو كويكي Mizuho Koike من معهد علوم الفضاء في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية ، وجدت مواد عضوية حاملة للنيتروجين nitrogen في معادن كربونية في نيزك مريخي. تم الاحتفاظ بهذه المادة العضوية على الأرجح لمدة 4 مليارات سنة منذ عصر نوشيان Noachian المريخ. لأن المعادن الكربونية تترسب عادة من المياه الجوفية ، تشير هذه النتيجة إلى ان كوكب المريخ سابقاً كان رطباً وغني بالمواد العضوية ، والذي يمكن أن يكون صالحًا للحياة.

 

لعقود ، حاول العلماء فهم ما إذا كانت هناك مركبات عضوية على كوكب المريخ Mars وإذا كان الأمر كذلك ، ما هو مصدرها. على الرغم من أن الدراسات الحديثة من استكشاف المريخ قد اكدت بأدلة قوية على المواد العضوية المريخية ، إلا أنه لا يُعرف الكثير عن مصدرها ، أو عمرها ، أو مدى انتشارها والمحافظة عليها ، أو ما يمكن أن تكون علاقتها المحتملة مع النشاط الكيميائي الحيوي .

 

 

النيازك المريخية Martian meteorites عبارة عن قطع من سطح المريخ انتشرت في الفضاء بسبب اصطدام النيازك ، والتي هبطت في النهاية على سطح الأرض. وهي توفر رؤى مهمة في تاريخ المريخ. أحد النيازك على وجه الخصوص ، المسمى ألان هيلز  (ALH) 84001 ، الذي تم تسميته للمنطقة التي وجد بها في القارة القطبية الجنوبية تم العثور عليه في عام 1984 ، مهم بشكل خاص. يحتوي على معادن كربونية برتقالية اللون ، والتي ترسبت من المياه السائلة المالحة على سطح المريخ منذ حوالي 4 مليار سنة مضت.

 

نظرًا لأن هذه المعادن تسجل البيئة المائية المبكرة للمريخ ، حاولت العديد من الدراسات فهم كيميائها الفريدة وما إذا كانت قد تقدم دليلاً على الحياة القديمة على كوكب المريخ. ومع ذلك ، عانت التحليلات السابقة من التلوث بالمواد الأرضية من الثلج والجليد في القارة القطبية الجنوبية Antarctic  ، مما يجعل من الصعب تحديد مقدار المواد العضوية في النيزك المريخية حقًا. بالإضافة إلى الكربون ، يعد النيتروجين (N) عنصرًا أساسيًا للحياة الأرضية وهو أداة تتبع مفيدة لتطور النظام الكوكبي. ومع ذلك ، بسبب القيود التقنية السابقة ، لم يتم قياس النيتروجين حتى الآن في  ALH84001.

 

 

استخدم هذا البحث الجديد الذي أجراه فريق ELSI-JAXA المشترك تقنيات تحليلية حديثة لدراسة محتوى النيتروجين من كربونات  ALH84001 ، والفريق الآن واثق من أنه قد وجد أول دليل قوي على 4 مليارات عام - مواد عضوية مريخية قديمة تحتوي على النيتروجين.

 

يعد التلوث الأرضي مشكلة خطيرة بالنسبة لدراسات المواد خارج الأرض. لتجنب مثل هذا التلوث ، طور الفريق تقنيات جديدة لتحضير العينات. على سبيل المثال ، استخدموا الشريط الفضي silver tape في معمل ELSI النظيف لنزع الحبيبات الكربونات الدقيقة ، والتي تكون تقريبًا بعرض شعر البشر ، من النيزك المضيف. ثم أعد الفريق هذه الحبوب أكثر لإزالة الملوثات السطحية المحتملة باستخدام أداة شعاع أيونيه تركز على المجهر الإلكتروني في JAXA كما استخدموا تقنية تسمى NTRogen K-edge microامتصاص الأشعة السينية  X-ray الدقيقة بالقرب من هيكل الطيف μ-XANES ، والذي سمح لهم باكتشاف النيتروجين الموجود بكميات صغيرة جدًا وتحديد الشكل الكيميائي الذي يوجد فيه النيتروجين. لم تعط المعادن النارية القريبة النيتروجين القابل للكشف ، مما يدل على أن الجزيئات العضوية كانت فقط في الكربونات.

 

بعد فحص التلوث الدقيق ، حدد الفريق أن المواد العضوية المكتشفة كانت على الأرجح مريخية حقًا. كما حددوا مساهمة النيتروجين في شكل نترات ، وهي واحدة من المؤكسدات القوية على المريخ الحالي ، غير مهمة ، مما يشير إلى أن المريخ سابقاً ربما لا يحتوي على مؤكسدات قوية ، وكما اشتبه العلماء ، كان أقل أكسدة مما هو عليه اليوم.

 

سطح المريخ الحالي قاسي للغاية بالنسبة لمعظم المواد العضوية. ومع ذلك  يتوقع العلماء أنه يمكن الحفاظ على المركبات العضوية في إعدادات قريبة من السطح لمليارات السنين. يبدو أن هذا هو الحال بالنسبة للمركبات العضوية الحاملة للنيتروجين التي وجدها الفريق في كربونات ALH84001 ، والتي يبدو أنها حوصرت في المعادن قبل 4 مليار سنة وتم الحفاظ عليها لفترات طويلة قبل سقوطها في النهاية على الأرض.

 

يوافق الفريق على أن هناك العديد من الأسئلة المفتوحة المهمة ، مثل من أين أتت هذه المواد العضوية المحتوية على النيتروجين؟ يشرح كوباياشي: "هناك احتمالان رئيسيان: إما أنها أتت من خارج المريخ ، أو تشكلت على المريخ. في وقت سابق من تاريخ النظام الشمسي ، من المرجح أن المريخ قد تم غمره بكميات كبيرة من المواد العضوية ، على سبيل المثال من النيازك الغنية بالكربون ، والمذنبات وجزيئات الغبار. بعضها قد ذاب في المحلول الملحي وتم حبسه داخل الكربونات. "

 

ويضيف كويكي ، رئيس فريق البحث ، أنه بدلاً من ذلك ، قد تكون التفاعلات الكيميائية على كوكب المريخ المبكر قد أنتجت مواد عضوية تحمل N في الموقع.

 

في كلتا الحالتين ، يقولون ، تشير هذه النتائج إلى وجود نيتروجين عضوي على سطح المريخ قبل أن يصبح الكوكب الأحمر الذي نعرفه اليوم. ربما كان المريخ سابقاً أشبه بـ "الأرض" وأقل أكسدة وأكثر رطوبة وغني بالمواد العضوية. وربما كانت "زرقاء".

 

 

 

 

 

المصادر

• Materials provided by Tokyo Institute of Technology. Note: Content may be edited for style and length.
• Mizuho Koike, Ryoichi Nakada, Iori Kajitani, Tomohiro Usui, Yusuke Tamenori, Haruna Sugahara, Atsuko Kobayashi. In-situ preservation of nitrogen-bearing organics in Noachian Martian carbonates. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15931-4