Op 7 augustus 1996 stroomden verslaggevers, fotografen en televisiecamera-operators het hoofdkantoor van NASA in Washington, DC binnen. De menigte concentreerde zich niet op de rij zittende wetenschappers in het auditorium van NASA, maar op een kleine, doorzichtige plastic doos op de tafel voor hen. In de doos was een fluwelen kussen en genesteld erop alsof een kroonjuweel een rots was - van Mars. De wetenschappers kondigden aan dat ze tekenen van leven in de meteoriet hadden gevonden. NASA-beheerder Daniel Goldin zei vrolijk dat het een "ongelooflijke" dag was. Hij was nauwkeuriger dan hij wist.
De rots, aldus de onderzoekers, had 4, 5 miljard jaar geleden gevormd op Mars, waar het bleef tot 16 miljoen jaar geleden, toen het in de ruimte werd gelanceerd, waarschijnlijk door de impact van een asteroïde. De rots dwaalde door het binnenste zonnestelsel tot 13.000 jaar geleden, toen het viel op Antarctica. Het zat op het ijs in de buurt van AllanHills tot 1984, toen sneeuwmobiele geologen het ophaalden.
Wetenschappers onder leiding van David McKay van het JohnsonSpaceCenter in Houston ontdekten dat de rots, ALH84001 genaamd, een bijzondere chemische samenstelling had. Het bevatte een combinatie van mineralen en koolstofverbindingen die op aarde worden gemaakt door microben. Het had ook kristallen van magnetisch ijzeroxide, magnetiet genaamd, die sommige bacteriën produceren. Bovendien presenteerde McKay de menigte een elektronenmicroscoopweergave van het gesteente met kettingen van bolletjes die een opvallende gelijkenis vertonen met kettingen die sommige bacteriën op aarde vormen. "Wij geloven dat dit inderdaad microfossielen van Mars zijn, " zei McKay, toevoegend dat het bewijs niet "absoluut bewijs" van het leven in Mars was, maar eerder "in die richting wijst."
Een van de laatste die die dag sprak was J. William Schopf, een universiteit van Californië in de paleobioloog van Los Angeles, die gespecialiseerd is in vroege aardse fossielen. "Ik zal je het oudste bewijs van het leven op deze planeet laten zien, " zei Schopf tegen het publiek en toonde een dia van een 3, 465 miljard jaar oude gefossiliseerde keten van microscopische bolletjes die hij in Australië had gevonden. "Dit zijn aantoonbaar fossielen, " zei Schopf, implicerend dat de Marsbeelden van NASA dat niet waren. Hij sloot af met het citeren van de astronoom Carl Sagan: "Buitengewone claims vereisen buitengewoon bewijs."
Ondanks de opmerking van Schopf over scepsis, werd de NASA-aankondiging wereldwijd geprezen. "Mars leefde, rock shows Meteorite houdt bewijs van het leven op een andere wereld, " zei de New York Times. "Fossiel van de rode planeet kan bewijzen dat we niet alleen zijn, " verklaarde The Independent of London .
In de afgelopen negen jaar hebben wetenschappers de woorden van Sagan zeer ter harte genomen. Ze hebben de meteoriet van Mars onder de loep genomen (die nu te zien is in het National Museum of Natural History van het Smithsonian), en vandaag geloven slechts weinigen dat deze microben van Mars herbergden.
De controverse heeft wetenschappers ertoe aangezet om te vragen hoe ze kunnen weten of een blob, kristal of chemische eigenaardigheid een teken van leven is - zelfs op aarde. Adebate is oplaaien over enkele van de oudste bewijzen voor het leven op aarde, inclusief de fossielen die Schopf trots in 1996 toonde. Belangrijke vragen staan op het spel in dit debat, inclusief hoe het leven eerst op aarde evolueerde. Sommige wetenschappers stellen voor dat het leven gedurende de eerste paar honderd miljoen jaar dat het bestond, weinig gelijkenis vertoont met het leven zoals we dat nu kennen.
NASA-onderzoekers nemen lessen uit het debat over het leven op aarde naar Mars. Als alles volgens plan verloopt, komt er binnen tien jaar een nieuwe generatie rovers op Mars aan. Deze missies zullen geavanceerde biotechnologie omvatten die is ontworpen om individuele moleculen te detecteren die zijn gemaakt door Mars-organismen, levend of lang dood.
De zoektocht naar leven op Mars is urgenter geworden, mede dankzij sondes door de twee rovers die nu op het oppervlak van Mars zwerven en een ander ruimteschip dat rond de planeet draait. In de afgelopen maanden hebben ze een reeks verbazingwekkende ontdekkingen gedaan die, nogmaals, wetenschappers verleiden om te geloven dat Mars leven herbergt - of in het verleden deden. Tijdens een februari-conferentie in Nederland werd een publiek van Mars-experts ondervraagd over het leven op Mars. Ongeveer 75 procent van de wetenschappers zei dat ze dachten dat het leven daar ooit bestond, en van hen denkt 25 procent dat Mars vandaag het leven herbergt.
De zoektocht naar de fossiele overblijfselen van primitieve eencellige organismen zoals bacteriën begon in 1953, toen Stanley Tyler, een economische geoloog aan de Universiteit van Wisconsin, verbaasde over ongeveer 2, 1 miljard jaar oude rotsen die hij had verzameld in Ontario, Canada . Zijn glazige zwarte rotsen bekend als cherts waren geladen met vreemde, microscopische filamenten en holle ballen. In samenwerking met de paleobotonist Elso Barghoorn van Harvard stelde Tyler voor dat de vormen eigenlijk fossielen waren, achtergelaten door oude levensvormen zoals algen. Vóór het werk van Tyler en Barghoorn waren er weinig fossielen gevonden die dateerden van vóór de Cambrische periode, die ongeveer 540 miljoen jaar geleden begon. Nu beweerden de twee wetenschappers dat het leven veel eerder aanwezig was in de 4, 55 miljard jaar geschiedenis van onze planeet. Hoeveel verder ging het nog voor latere wetenschappers om te ontdekken.
In de volgende decennia vonden paleontologen in Afrika 3 miljard jaar oude fossiele sporen van microscopische bacteriën die in massieve mariene riffen hadden geleefd. Bacteriën kunnen ook biofilms worden genoemd, kolonies die in dunne lagen over oppervlakken zoals rotsen en de oceaanbodem groeien, en wetenschappers hebben solide bewijs gevonden voor biofilms van 3, 2 miljard jaar oud.
Maar ten tijde van de persconferentie van NASA behoorde de oudste fossiele claim toe aan William Schopf van UCLA, de man die sceptisch sprak over de vondsten van NASA op dezelfde conferentie. In de jaren zestig, zeventig en tachtig was Schopf een vooraanstaand expert geworden op het gebied van vroege levensvormen en ontdekte hij fossielen over de hele wereld, waaronder 3 miljard jaar oude gefossiliseerde bacteriën in Zuid-Afrika. Vervolgens, in 1987, meldden hij en enkele collega's dat ze de 3, 465 miljard jaar oude microscopische fossielen hadden gevonden op een site genaamd Warrawoona in het binnenland van West-Australië - degene die hij zou vertonen op de persconferentie van NASA. De bacteriën in de fossielen waren zo verfijnd, zegt Schopf, dat ze aangeven "het leven bloeide op dat moment, en dus is het leven aanzienlijk eerder ontstaan dan 3, 5 miljard jaar geleden."
Sindsdien hebben wetenschappers andere methoden ontwikkeld voor het detecteren van tekenen van vroeg leven op aarde. Eén omvat het meten van verschillende isotopen, of atomaire vormen, van koolstof; de verhouding van de isotopen geeft aan dat de koolstof ooit deel uitmaakte van een levend wezen. In 1996 meldde een team van onderzoekers dat ze de signatuur van het leven hadden gevonden in gesteenten uit Groenland die 3, 83 miljard jaar oud waren.
De tekenen van leven in Australië en Groenland waren opmerkelijk oud, vooral gezien het feit dat het leven waarschijnlijk niet op aarde had kunnen bestaan gedurende de eerste paar honderden miljoenen jaren van de planeet. Dat komt omdat asteroïden het bombardeerden, de oceanen kookten en waarschijnlijk het oppervlak van de planeet steriliseerden vóór ongeveer 3, 8 miljard jaar geleden. Het fossiele bewijs suggereerde dat het leven ontstond kort nadat onze wereld was afgekoeld. Zoals Schopf schreef in zijn boek Cradle of Life, vertelt zijn ontdekking uit 1987 "dat de vroege evolutie heel erg snel is gegaan."
Een snelle start van het leven op aarde zou kunnen betekenen dat het leven ook snel op andere werelden zou kunnen ontstaan - ofwel aardachtige planeten die om andere sterren cirkelen, of misschien zelfs andere planeten of manen in ons eigen zonnestelsel. Hiervan heeft Mars er lange tijd het meest veelbelovend uitgezien.
Het oppervlak van Mars lijkt vandaag niet het soort plek dat gastvrij is voor het leven. Het is droog en koud en daalt tot -220 graden Fahrenheit. De dunne atmosfeer kan ultraviolette straling uit de ruimte niet blokkeren, wat elk bekend levend wezen op het oppervlak van de planeet zou verwoesten. Maar Mars, die zo oud is als de aarde, was in het verleden misschien gastvrijer geweest. De geulen en droge meerbeddingen die de planeet markeren, geven aan dat er ooit water stroomde. Er is ook reden om te geloven, zeggen astronomen, dat de vroege atmosfeer van Mars rijk genoeg was aan warmte-vasthoudend kooldioxide om een broeikaseffect te creëren, waardoor het oppervlak wordt verwarmd. Met andere woorden, de vroege Mars leek veel op de vroege aarde. Als Mars al miljoenen of zelfs miljarden jaren warm en nat was geweest, had het leven misschien genoeg tijd gehad om tevoorschijn te komen. Toen de omstandigheden op het oppervlak van Mars smerig werden, kan het leven daar zijn uitgestorven. Maar fossielen zijn misschien achtergelaten. Het is zelfs mogelijk dat het leven op Mars onder het oppervlak had kunnen overleven, afgaande op enkele microben op aarde die kilometers onder de grond gedijen.
Toen Nasa's Mckay zijn foto's van Marsfossielen die dag in 1996 aan de pers presenteerde, was een van de miljoenen mensen die ze op televisie zagen een jonge Britse milieumicrobioloog genaamd Andrew Steele. Hij was net gepromoveerd aan de Universiteit van Portsmouth, waar hij bacteriële biofilms bestudeerde die radioactiviteit van besmet staal in nucleaire installaties kunnen absorberen. Steele, een expert in microscopische afbeeldingen van microben, kreeg het telefoonnummer van McKay via de telefoongids en belde hem. "Ik kan je een beter beeld geven dan dat, " zei hij en overtuigde McKay om hem stukjes meteoriet te sturen. De analyses van Steele waren zo goed dat hij al snel voor NASA werkte.
Ironisch genoeg onderbrak zijn werk echter het bewijs van NASA: Steele ontdekte dat aardse bacteriën de meteoriet Mars hadden besmet. Biofilms hadden zich gevormd en verspreiden zich door scheuren in het interieur. De resultaten van Steele weerlegden de Marsfossielen niet ronduit - het is mogelijk dat de meteoriet zowel Marsfossielen als Antarctische verontreinigingen bevat - maar hij zegt: "Het probleem is, hoe vertel je het verschil?" Tegelijkertijd wezen andere wetenschappers erop dat niet-levensprocessen op Mars ook de bolletjes en magnetietklompjes hadden kunnen creëren die NASA-wetenschappers als fossiel bewijs hadden voorgehouden.
Maar McKay blijft bij de hypothese dat zijn microfossielen van Mars zijn en zegt dat het "consistent is als een pakket met een mogelijke biologische oorsprong." Elke alternatieve verklaring moet alle bewijsmateriaal verklaren, zegt hij, niet slechts één stuk tegelijk.
De controverse heeft bij veel wetenschappers een diepgaande vraag opgeroepen: wat is er nodig om de aanwezigheid van leven miljarden jaren geleden te bewijzen? in 2000 leende de paleontoloog van Oxford, Martin Brasier, de originele Warrawoona-fossielen van het NaturalHistoryMuseum in Londen, en hij en Steele en hun collega's hebben de chemie en de structuur van de rotsen bestudeerd. In 2002 concludeerden ze dat het onmogelijk was om te zeggen of de fossielen echt waren, waardoor het werk van Schopf in wezen werd onderworpen aan hetzelfde scepticisme dat Schopf had uitgesproken over de fossielen van Mars. "De ironie ging niet verloren, " zegt Steele.
In het bijzonder had Schopf voorgesteld dat zijn fossielen fotosynthetische bacteriën waren die zonlicht vastlegden in een ondiepe lagune. Maar Brasier en Steele en collega's concludeerden dat de rotsen gevormd waren in heet water geladen met metalen, misschien rond een oververhitte opening op de bodem van de oceaan - nauwelijks het soort plaats waar een zon-liefhebbende microbe kon gedijen. En de microscopische analyse van de rots, zegt Steele, was dubbelzinnig, zoals hij op een dag in zijn laboratorium demonstreerde door een dia van de Warrawoona-koor onder een microscoop op zijn computer te zetten. "Waar kijken we daar naar toe?" Vraagt hij, willekeurig een squiggle op zijn scherm kijkend. 'Wat oud vuil dat in een rots is gevangen? Kijken we naar het leven? Misschien, misschien. Je kunt zien hoe gemakkelijk je jezelf voor de gek kunt houden. Er is niets dat zegt dat bacteriën hier niet in kunnen leven, maar er is niets dat zegt dat je naar bacteriën kijkt. '
Schopf heeft op de kritiek van Steele gereageerd met nieuw eigen onderzoek. Toen hij zijn monsters verder analyseerde, ontdekte hij dat ze waren gemaakt van een vorm van koolstof die bekend staat als kerogeen, die zou worden verwacht in de resten van bacteriën. Van zijn critici zegt Schopf: "ze willen het debat levend houden, maar het bewijs is overweldigend."
Het meningsverschil is typerend voor het snel bewegende veld. Geoloog Christopher Fedo van George Washington University en geochronoloog Martin Whitehouse van het Zweedse Natuurhistorisch Museum hebben het 3, 83 miljard jaar oude moleculaire spoor van lichte koolstof uit Groenland uitgedaagd, zeggend dat de rots gevormd was uit vulkanische lava, die veel te heet is voor microben om weerstaan. Andere recente claims worden ook aangevallen. Een jaar geleden haalde een team wetenschappers de krantenkoppen met hun rapport over kleine tunnels in 3, 5 miljard jaar oude Afrikaanse rotsen. De wetenschappers beweerden dat de tunnels werden gemaakt door oude bacteriën rond de tijd dat de rots werd gevormd. Maar Steele wijst erop dat bacteriën die tunnels miljarden jaren later misschien hebben gegraven. "Als je op die manier met de London Underground bent geweest, " zegt Steele, "zou je zeggen dat het 50 miljoen jaar oud was, want zo oud zijn de rotsen eromheen."
Zulke debatten lijken misschien onfatsoenlijk, maar de meeste wetenschappers zien ze graag. "Wat dit zal doen is ervoor zorgen dat veel mensen hun mouwen oprollen en op zoek gaan naar meer spullen, " zegt MIT-geoloog John Grotzinger. Zeker, de debatten gaan over subtiliteiten in het fossielenbestand, niet over het bestaan van microben lang, lang geleden. Zelfs een scepticus als Steele blijft redelijk zeker dat microbiële biofilms 3, 2 miljard jaar geleden leefden. "Je kunt ze niet missen", zegt Steele over hun onderscheidende webachtige filamenten die zichtbaar zijn onder een microscoop. En zelfs critici hebben het nieuwste van Minik Rosing, van het Geologisch Museum van de Universiteit van Kopenhagen, niet uitgedaagd, die de handtekening van het koolstofisotoopleven heeft gevonden in een monster van 3, 7 miljard jaar oude rots uit Groenland - het oudste onbetwiste bewijs van het leven op aarde .
Op het spel in deze debatten staat niet alleen de timing van de vroege evolutie van het leven, maar ook de weg die het insloeg. Afgelopen september rapporteerden bijvoorbeeld Michael Tice en Donald Lowe van Stanford University over 3.416 miljard jaar oude matten van microben die in rotsen uit Zuid-Afrika zijn bewaard. De microben, zeggen ze, voerden fotosynthese uit, maar produceerden tijdens het proces geen zuurstof. Tegenwoordig doen een klein aantal bacteriesoorten hetzelfde - anoxygene fotosynthese wordt het genoemd - en Tice en Lowe suggereren dat dergelijke microben, in plaats van de conventionele fotosynthese die door Schopf en anderen zijn bestudeerd, floreerden tijdens de vroege evolutie van het leven. Het uitzoeken van de vroege hoofdstukken van het leven zal wetenschappers niet alleen veel vertellen over de geschiedenis van onze planeet. Het zal ook hun zoektocht naar tekenen van leven elders in het universum begeleiden - te beginnen met Mars.
In januari 2004 begonnen de NASA-rovers Spirit en Opportunity over het Marslandschap te rollen. Gelegenheid had binnen enkele weken het beste bewijs gevonden dat er ooit water op het oppervlak van de planeet stroomde. De chemie van het gesteente dat het bemonsterde uit een vlakte genaamd Meridiani Planum gaf aan dat het miljarden jaren geleden was gevormd in een ondiepe, lang verdwenen zee. Een van de belangrijkste resultaten van de rover-missie, zegt Grotzinger, een lid van het rover science-team, was de observatie van de robot dat stenen op Meridiani Planum niet lijken te zijn verpletterd of gekookt in die mate dat de aarde rotsen ouderdom is geweest - hun kristalstructuur en gelaagdheid zijn intact gebleven. Een paleontoloog kon niet om een betere plek vragen om een fossiel miljarden jaren te bewaren.
Het afgelopen jaar heeft een vlaag van prikkelende rapporten opgeleverd. Een ronddraaiende sonde en grondtelescopen detecteerden methaan in de atmosfeer van Mars. Op aarde produceren microben overvloedige hoeveelheden methaan, hoewel het ook kan worden geproduceerd door vulkanische activiteit of chemische reacties in de aardkorst. In februari schoten rapporten door de media over een NASA-onderzoek dat naar verluidt concludeerde dat het methaan op Mars mogelijk door ondergrondse microben is geproduceerd. NASA-hoofdkwartier dook snel binnen - misschien bezorgd over een herhaling van de media-razernij rond de meteoriet van Mars - en verklaarde dat het geen directe gegevens had die claims voor het leven op Mars ondersteunen.
Maar slechts een paar dagen later kondigden Europese wetenschappers aan dat ze formaldehyde hadden ontdekt in de atmosfeer van Mars, een andere verbinding die op aarde wordt geproduceerd door levende wezens. Kort daarna brachten onderzoekers van de European Space Agency beelden uit van de Elysium Plains, een gebied langs de evenaar van Mars. De textuur van het landschap, beweerden ze, toont aan dat het gebied slechts een paar miljoen jaar geleden een bevroren oceaan was - niet lang, in geologische tijd. Een bevroren zee is er misschien nog steeds, begraven onder een laag vulkanisch stof. Hoewel er nog geen water op het oppervlak van Mars te vinden is, zeggen sommige onderzoekers die de geulen van Mars bestuderen dat de kenmerken mogelijk zijn geproduceerd door ondergrondse watervoerende lagen, wat suggereert dat water en de levensvormen die water vereisen, verborgen kunnen zijn onder het oppervlak.
Andrew Steele is een van de wetenschappers die de volgende generatie apparatuur ontwerpt om het leven op Mars te onderzoeken. Een hulpmiddel dat hij van plan is naar Mars te exporteren, wordt een microarray genoemd, een glazen schuif waarop verschillende antilichamen zijn bevestigd. Elk antilichaam herkent en vergrendelt op een specifiek molecuul, en elke stip van een bepaald antilichaam is opgetuigd om te gloeien wanneer het zijn moleculaire partner vindt. Steele heeft voorlopig bewijs dat de microarray fossiele hopanen, moleculen in de celwanden van bacteriën, kan herkennen in de overblijfselen van een 25 miljoen jaar oude biofilm.
Afgelopen september reisden Steele en zijn collega's naar het ruige Arctische eiland Svalbard, waar ze de tool in de extreme omgeving van het gebied testten als opmaat naar de inzet ervan op Mars. Terwijl gewapende Noorse bewakers uitkeken naar ijsberen, brachten de wetenschappers uren door op kille rotsen en analyseerden ze fragmenten van steen. De reis was een succes: de microarray-antilichamen ontdekten eiwitten gemaakt door winterharde bacteriën in de gesteentemonsters en de wetenschappers vermeden voedsel voor de beren te worden.
Steele werkt ook aan een apparaat genaamd MASSE (Modular Assays for Solar System Exploration), dat voorlopig gepland staat om op een expeditie van European Space Agency naar Mars in 2011 te vliegen. Hij stelt zich voor dat de rover rotsen tot poeder verplettert, die in MASSE kan worden geplaatst, die de moleculen met een microarray analyseert, op zoek naar biologische moleculen.
Eerder, in 2009, zal NASA de Mars Science Laboratory Rover lanceren. Het is ontworpen om het oppervlak van rotsen te inspecteren op bijzondere texturen achtergelaten door biofilms. Het Mars-lab kan ook zoeken naar aminozuren, de bouwstenen van eiwitten of andere organische verbindingen. Het vinden van dergelijke verbindingen zou het bestaan van het leven op Mars niet bewijzen, maar het zou de zaak versterken en NASA-wetenschappers aansporen nader te kijken.
Hoe moeilijk de Mars-analyses ook zijn, ze worden nog complexer gemaakt door de dreiging van besmetting. Mars is bezocht door negen ruimtevaartuigen, van Mars 2, een Sovjet-sonde die in 1971 op de planeet crashte, tot NASA's Opportunity and Spirit. Elk van hen heeft misschien liftende aardmicroben meegenomen. "Het kan zijn dat ze neerstorten en het daar leuk vonden, en dan kon de wind hen overal heen blazen", zegt Jan Toporski, een geoloog aan de Universiteit van Kiel, Duitsland. En hetzelfde interplanetaire spel botsauto's dat een stuk Mars naar de aarde heeft geslingerd, heeft misschien stukjes aarde op Mars gedoucht. Als een van die aardse rotsen was besmet met microben, zouden de organismen op Mars hebben kunnen overleven - tenminste voor een tijd - en daar sporen in de geologie hebben achtergelaten. Toch zijn wetenschappers ervan overtuigd dat ze hulpmiddelen kunnen ontwikkelen om onderscheid te maken tussen geïmporteerde aardmicroben en Mars-microben.
Het vinden van tekenen van leven op Mars is zeker niet het enige doel. "Als je een bewoonbare omgeving vindt en deze niet bewoond vindt, dan zegt dat iets", zegt Steele. “Als er geen leven is, waarom is er dan geen leven? Het antwoord leidt tot meer vragen. 'Het eerste zou zijn wat de leven-overvloedige aarde zo speciaal maakt. Uiteindelijk kan de inspanning die wordt geleverd om primitief leven op Mars te detecteren, hier zijn grootste waarde bewijzen.
