Een nieuw resultaat waarbij meteorieten als onderzoeksobject worden gebruikt, toont aan dat typische organische moleculen afkomstig van dieren en planten een fenomeen van "chiraal evenwicht" hebben in meteorieten. De oorzaak kan te maken hebben met vervuiling door olieverbranding in de atmosfeer van de aarde. Deze onverwachte ontdekking biedt niet alleen een belangrijke kalibratiebasis voor de aanstaande missie van de European Space Agency (ESA) om levens op Mars te detecteren, maar kan ook de technische weg van de wetenschappelijke gemeenschap bij het zoeken naar oud leven op Mars veranderen.

Er wordt algemeen aangenomen dat Mars miljarden jaren geleden heel anders was dan wat het nu is: het was warmer en natter, met een dikkere atmosfeer, stromend water aan het oppervlak en omstandigheden die eenvoudig microbieel leven mogelijk hadden ondersteund. Tot nu toe hebben meerdere Amerikaanse Mars-rovers organische moleculen ontdekt in het gesteente van Mars. Deze organische verbindingen kunnen echter afkomstig zijn van levensactiviteiten of kunnen op natuurlijke wijze worden gegenereerd door niet-levende chemische processen. Daarom is er geen direct bewijs dat er ooit leven op Mars heeft bestaan.

In 2025 fotografeerden wetenschappers kleine donkere vlekken op een rots in de Jezero-krater op Mars. Hun vorm leek op "luipaardvlekken" en kan organische of microbiële eigenschappen hebben. De onderzoekers verzamelden onmiddellijk monsters en waren van plan terug te keren naar de aarde voor diepgaande analyse om te bevestigen of er sporen van oud leven in zitten. Vanwege financieringsproblemen schrapte NASA de retourmissie naar Mars echter uit de geplande planning in juni 2026, waardoor het lot van dit potentieel kritieke monster tijdelijk onopgelost bleef.

Het ‘ExoMars’-programma onder leiding van ESA is daarentegen een andere weg ingeslagen. De geplande rover ‘Rosalind Franklin’ zal naar verwachting in 2030 arriveren in het kleirijke Oxia Planum-gebied nabij de evenaar van Mars, waar vermoedelijk al heel lang stromend water bestaat. Een van de belangrijke taken van de Marsrover is het gebruik van de Mars Organic Molecular Analyzer (MOMA) aan boord om te zoeken naar organische moleculen die kunnen wijzen op oud leven in ondergrondse kernmonsters.

Een gezamenlijk team bestaande uit het Max Planck Instituut voor Onderzoek van het Zonnestelsel in Duitsland, de Universiteit van Göttingen en de Universiteit van Nice Côte d'Azur in Frankrijk heeft onlangs de MOMA-meetmethode getest en geoptimaliseerd door meteorieten van Mars te analyseren. MOMA bestaat uit een combinatie van gaschromatografie, massaspectrometrie, een kleine verwarmingsoven en een laserexcitatiesysteem. Het kan vluchtige verbindingen scheiden en identificeren die vrijkomen bij verhitting na het boren van rotsmonsters op de Mars-rover.

Het karakteriseren van het leven op Mars is geen gemakkelijke taak. Wetenschappers moeten onderscheiden of oude organische moleculen werden geproduceerd door levende organismen die ooit bestonden of dat ze puur voortkwamen uit natuurlijke chemische processen. Daartoe richtte het onderzoeksteam hun aandacht op twee stabiele koolwaterstoffen: pristaan ​​(C19H40) en fytaan (C20H42). Op aarde zijn deze twee moleculen grotendeels afkomstig van levende organismen en worden ze vaak aangetroffen in aardolie. Ze worden beschouwd als klassieke moleculaire ‘vingerafdrukken’ voor het detecteren van oude biologische activiteiten.

"Als er ooit leven op Mars bestond, zijn moleculen als palmaan en fytaan waarschijnlijk tot op de dag van vandaag bewaard gebleven als belangrijke moleculaire biomarkers." Guillaume Leseigneur, een van de eerste auteurs van het onderzoeksartikel en wetenschapper aan het Max Planck Instituut voor Zonnestelselonderzoek, zei. Belangrijker nog is dat dit type molecuul "chirale" kenmerken heeft, dat wil zeggen dat er twee configuraties (enantiomeren) zijn die spiegelbeelden van elkaar zijn, vergelijkbaar met de relatie tussen linker- en rechterhand - de structurele elementen zijn hetzelfde, maar de ruimtelijke ordening is anders.

Medewerker Uwe Meierhenrich van de Universiteit van de Côte d'Azur wijst erop dat chiraliteit een bijzonder waardevol hulpmiddel is bij de zoektocht naar buitenaards leven. In biologische systemen bestaan ​​chirale moleculen gewoonlijk vrijwel uitsluitend in een van de "chirale vormen", die wordt bepaald door biologische replicatie en metabolische mechanismen; als een bepaald molecuul in een monster wordt waargenomen met een duidelijke enkele chirale bias, is het waarschijnlijk dat dit verband houdt met levensprocessen. Als een molecuul daarentegen wordt geproduceerd door een niet-biochemisch proces, bestaan ​​de twee spiegelbeeldige vormen ervan vaak in vrijwel gelijke verhoudingen naast elkaar, wat racemisch wordt genoemd.

MOMA op de Rosalind Franklin Mars-rover gebruikt chirale scheiding om te identificeren of dergelijke moleculen sporen van leven hebben. Het gaschromatografiegedeelte van het instrument is uitgerust met speciaal gecoate capillaire buizen. Wanneer het gas dat vrijkomt nadat het monster is verwarmd, door deze capillaire buizen gaat, interageren verschillende chirale configuraties in verschillende mate met de coating en gaan ze dus met enigszins verschillende snelheden door de buis, waardoor scheiding en differentiatie van enantiomeren wordt bereikt.

In de laatste experimenten gebruikten de onderzoekers voor het eerst een replica van een MOMA-capillair om de verschillende chirale vormen van palmitane en fytaan met succes te scheiden. Omdat de chemische eigenschappen van deze twee moleculen vrij stabiel zijn en moeilijk te ontleden of te transformeren, vereist de scheiding van hun chirale configuraties in complexe monsters een extreem hoge instrumentgevoeligheid en nauwkeurige meetomstandigheden. "Het scheiden van de enantiomeren van palmitaan en fytaan stelt hoge eisen aan de prestaties van instrumenten, en onze experimenten laten zien dat MOMA tot deze taak in staat is." zei Fatma Yesil Sahan, lid van het MOMA-team van het Max Planck Institute for Solar System Research.

Om gesteentemonsters van Mars te simuleren, koos het team de beroemde Murchison-meteoriet als onderzoeksobject. Deze koolstofhoudende chondriet-meteoriet viel in 1969 in Australië en brak in meerdere stukken. Aangenomen wordt dat het extreem ‘primitieve’ materialen uit het vroege zonnestelsel bewaart en ook een verscheidenheid aan organische moleculen bevat. Aangenomen wordt dat een deel van het organische materiaal afkomstig is van de vorming van de meteoriet zelf, terwijl een ander deel afkomstig kan zijn van latere biologische verontreiniging op de crashlocatie, zoals biogene materialen in bodem en oppervlaktewater.

Volgens traditionele verwachtingen, als palmitaan en fytaan in meteorieten terecht zouden komen door biologische vervuiling aan het oppervlak, dan zouden hun chirale configuraties duidelijk in de richting van een bepaalde "hand" moeten zijn gericht, wat consistent is met de gemeenschappelijke chirale eenheid in de biologische systemen van de aarde. De meetresultaten laten echter zien dat in de Murchison-meteoriet de verhoudingen van de chirale configuraties van de twee moleculen vrijwel exact gelijk zijn, wat een typische "racemisatie" -toestand laat zien. Dit resultaat was niet consistent met de eenvoudige hypothese van biologische besmetting, wat het onderzoeksteam ertoe aanzette de oorsprong van deze moleculen opnieuw te onderzoeken.

Na vergelijkende analyse zijn de onderzoekers van mening dat het palmitaan en fytaan in de Murchison-meteoriet waarschijnlijker zijn "gegeven" door moderne industriële vervuiling toen de meteoriet door de atmosfeer van de aarde trok. Wanneer de meteoriet met hoge snelheid door de atmosfeer vliegt en opwarmt, komt het oppervlak ervan in contact met lucht die aërosolen bevat die worden geproduceerd door de verbranding van aardolie. Deze aërosolen uit fossiele brandstoffen bevatten palmaan en fytaan die zijn "geracemiseerd" door langdurige hoge temperatuur en hoge druk, waardoor racemisch gemengde organische resten op het oppervlak van de meteoriet worden gevormd.

Het onderzoeksteam ondersteunde deze gevolgtrekking door vergelijkende experimenten uit te voeren met palmitaan en fytaan bewaard in olieschalie. Olieschalie is een soort sedimentair gesteente dat rijk is aan aardolieprecursoren. Aardolie wordt geleidelijk gegenereerd gedurende miljoenen jaren van hoge temperatuur en druk diep in de formatie. Dit proces zal de chirale bias uitwissen die oorspronkelijk door het leven werd geïntroduceerd, waardoor de moleculen uiteindelijk in een racemische toestand verschijnen. Zoals co-auteur Manuel Reinhardt van de Universiteit van Göttingen uitlegt, zullen moleculen die over een lange periode evolueren in olieschalie- en aardoliesystemen de ‘handigheid’ verliezen die uniek is voor biologische systemen, wat in hoge mate consistent is met de racemische distributie die wordt waargenomen in de Murchison-meteoriet.

Dit werk bewijst niet alleen het vermogen van MOMA om zeer stabiele chirale organische moleculen te scheiden en te meten, maar geeft ook belangrijke waarschuwingen voor toekomstige detectie van leven op Mars. In de eerste plaats moeten wetenschappers, wanneer zij organisch materiaal in meteorieten en monsters van Mars interpreteren, volledig rekening houden met het ‘vergoelijkende effect’ van chirale signalen, veroorzaakt door latere milieuvervuiling en geologische processen op lange termijn. Ten tweede kunnen, naarmate de vervuiling door olieverbranding in de atmosfeer van de aarde zich blijft ophopen, de bronnen en chirale kenmerken van organisch materiaal aan het oppervlak in meteorietmonsters die in de toekomst op de atmosfeer van de aarde landen of er doorheen gaan steeds complexer worden, wat nieuwe uitdagingen met zich meebrengt voor de identificatie van levenssignalen.