En liten bäck i södra England kan vägleda vägen mot att hitta bevis för forntida liv på Mars, i form av fettsyror konserverade i ett järnrikt mineral som kallas goetit.

Forskare från Imperial College London vågade sig till grevskapet Dorset på Storbritanniens sydkust för att prova en sur ström som rinner ut i St Oswald's Bay, som ligger nära den berömda kalkstenformationen Durdle Door. Strömens surhet, som har ett pH på 3,5, tros likna vatten som flödade på tidigt Mars under sin hesperiska epok för över tre miljarder år sedan.

Strömmen rinner över sandstensbäddar som går tillbaka till krittiden. Under den avlägsna eran, skogsbränder avsatte kol i sanden. Bakterier kunde leva på kolet, använda sulfat för att sönderdela det och producera järnsulfidmineralet som kallas pyrit, eller "dårens guld". Snabbspolning fram till idag och vattnet i strömmen oxiderar pyriten, producerar en svag svavelsyra som ger vattnet dess pH, medan en mängd olika järnsulfatmineraler fälls ut på bäcken, inklusive ett mineral som kallas jarosite.

Jarosite utmärker sig för att fånga organiskt material, särskilt syror, som är bland den vanligaste typen av organisk förening som produceras av livet. Över tid, vattnet förvandlar jarosite till ett annat mineral som kallas goethit. Vid torra förhållanden, som på Mars, goetit dehydrerar till ännu ett järnrikt mineral som kallas hematit, vilket ger Mars sin roströda färg. Jarosite, goetit och hematit har alla tidigare upptäckts på Mars i betydande mängder.

Imperial College -forskarna - Jonathan Tan, James Lewis och Mark Sephton-fann att goethiten i strömmen innehöll ett överflöd av välbevarade fettsyror. Baserat på det överflödet, och antar att forntida Mars var värd för en mikrobiell biomassa liknande den som finns i Dorset -strömmen, forskarna uppskattar att det kan finnas minst 28,6 miljarder kilo fettsyror inlåsta i järnrika stenar på den röda planeten.

Otvetydig biomarkör

Betydelsen av att hitta fettsyror gjorda av långa kedjor av kolatomer på Mars bör inte underskattas eftersom de skulle vara en entydig biomarkör, säger Sephton, som är professor i organisk geokemi och chef för Imperials avdelning för jordvetenskap och teknik.

"Om du bara slänger ihop kolatomer på ett icke-biologiskt sätt, då finns det 50, 000 andra möjliga isomerer som kolatomerna kan bilda innan de kommer till en kedja med 18 kolatomer, "säger han till Astrobiology Magazine." Förekomsten av en 18-kol-atom-fettsyra är nästan säker på att ha producerats genom biologiska processer. "

Tricket är att hitta Mars -fettsyror, om de finns. Instrumentpaketet Sample Analysis at Mars (SAM) på NASA:s Curiosity -rover fungerar genom att baka prover av smuts och sten för att avdunsta organiska molekyler för att göra det lättare att upptäcka gaschromatografmasspektrometer (GCMS) ombord. SAM har också nio förseglade koppar med våt kemi, var och en fylld med en blandning av kemikalier. När prover blandas med dessa kemikalier och värms upp till 900 grader Celsius, kemikalierna kan omvandla alla närvarande organiska molekyler till mer flyktiga produkter som är lättare för GCMS att analysera. Två av kopparna är fyllda med tetrametylammoniumhydroxid (TMAH) och metanol, med vilka fettsyror kunde detekteras. Ingen av de två kopparna har ännu använts.

"Vi får bara två försök på experimentet, säger Jennifer Eigenbrode från NASA:s Goddard Space Flight Center, som ledde vetenskapsteamet i den senaste upptäckten av organiska molekyler på Mars. "Teamet överväger alla alternativ, inklusive ett lerikt lager intill Vera Rubin Ridge, som har varit ett viktigt mål för analys sedan uppdragets start. "

Att ta rätt prover

Medan Eigenbrode påminner oss om att deras ursprung fortfarande är osäkert, närvaron av organiska molekyler på Mars lovar bra för möjligheten till uråldrigt liv på Mars. Dock, Sephton tror att de järnrika goetitproverna är ytterligare alternativ till det lerrika materialet. 2008 upptäckte NASA:s Phoenix lander att Mars yta är täckt av vissa mineraler som släpper ut syre vid uppvärmning, och att syre kombineras med de organiska föreningarna och förstör dem. Jarosite är ett av dessa mineraler, men goethite är inte det. Detta betyder att om något gammalt liv på Mars lämnade efter sig fettsyror som blev inkapslade i jarosite som förvandlades till goetit, då borde de dessa fettsyrorna fortfarande vara detekterbara.

Sephton säger att det är avgörande att ta rätt prov. "Du kan ha det bästa instrumentet, den bästa tekniken, men om du har fel prov, du hittar inga fettsyror, "säger han till Astrobiology Magazine." Arbetet vi har gjort i Dorset är att försöka ge den information som gör det bästa valet av prov på Mars. "

Resultaten visar också att dyra och tidskrävande utflykter till exotiska platser som Chiles Atacama-öken, Antarktis eller Rio Tinto -avrinningsområdet i Spanien är inte alltid nödvändigt för att hitta Mars -analoger. Strömmen som studerats av Imperial College -teamet är bara en meter över.

"Det finns neutrala pH -förhållanden på kanten av strömmen och mycket sura förhållanden i mitten, och som geokemister ger detta oss underbara möjligheter att spåra början och försvinnandet av dessa förhållanden, "säger Sephton." Om du förstår den detaljerade kemin, då kan dessa mikro-analoga webbplatser ge dig mer än de stora kilometerstora analoga sajterna. "

Under de kommande åren, Nyfikenhet kommer att få sällskap av NASA:s Mars 2020 -rover och den gemensamma europeiska – ryska ExoMars -rovern, båda kommer att vara utrustade med laboratorier ombord som kan upptäcka fettsyror eller andra organiska föreningar som kan bevisa att Mars en gång var bebodd.

"Mars är full av överraskningar, "säger Eigenbrode." Du vet aldrig vad vi kommer att stöta på härnäst. "

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NASA:s Astrobiology Magazine. Utforska jorden och mer på www.astrobio.net.