パーセベランスの巨大な「手持ちレンズ」は火星で古代生命の痕跡を探す

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NASA のエンジニアたちは、火星の岩石に秘められた秘密を読み解くために、特使である探査車「パーサヴィアランス」を約 3 億マイルもの距離まで送り込んだ。この旅の完了には、長さ 7 フィートのロボット アームが使用され、さまざまな機械の目が数インチの距離から火星の岩石をのぞき込む。研究者たちは、この距離が、古代の生命が残したと思われる微妙な彫刻を見つけるのにちょうどよい距離になることを期待している。

そうした機械ののぞき見装置のひとつに、惑星X線岩石化学観測装置（PIXL）がある。これは、多くの地質学者が現場で携行する10倍の手持ちレンズと同様の役割を果たす。しかし、拡大するだけでなく、PIXLは火星ではこれまで行われなかった（地球でもそれほど一般的ではない）方法で岩石を分析する。この装置は、それを操作する惑星科学者や宇宙生物学者の小集団に、岩石が正確に何でできているかだけでなく、その複合要素がどのように配置されているかを伝える。これは、物体がどこから来たのか、その形成に原始的な微生物が関与したかどうかを解明するのに不可欠な情報である。

PIXL は、強力な X 線を岩石に照射し、返ってくる X 線を観察することによって機能します (異なる元素の原子は異なる方法で X 線と相互作用するため)。1970 年代のバイキング以来、すべての火星着陸船は、鉄と銅などを区別するために、このような「X 線蛍光」装置を搭載してきました。しかし、PIXL はこの技術をまったく新しい方法で応用しています。

太いビームを岩石に向け、一箇所に存在する元素の簡単なリストを取得する代わりに、PIXL は人間の髪の毛ほどの細い X 線ビームを使用してサンプルを前後にスキャンします。数時間かけてグリッドをスキャンすると、郵便切手ほどの大きさの領域内で、ナトリウム、カリウム、ニッケルなど 24 近くの元素の正確な配置を示す一連のスタック可能な画像が組み立てられます。

これらの「元素マップ」は、研究者が各サンプルの固有の歴史を解明するのに役立つ。ほとんどの岩石は、串刺しにされたり埋められたりといった、過去に受けた屈辱の傷跡を持っている。サンプル内の物質の分布を理解することは、科学者が数十億年前に火星で何が起こっていたかを再現するのに役立つだろう。「若いものが古いものと交差し、若いものが古いものの上に乗っている」と、PIXL の主任研究員アビゲイル・オールウッドは言う。

そして、少なくとも地球上では、生物が無生物を彫ることもある。オールウッド氏と同僚たちは、PIXL を使って火星でそのような彫刻を探す計画を立てている。

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これまでの探査機の探査により、惑星科学者は火星がかつては生物（私たちが知っているような）が生存できるほど暖かく湿潤であったが、おそらくその状態は長く続かなかったと結論づけている。生命がなんとか足掛かりを得たとしても、極めて基本的な形態を超えて進化する時間はなかっただろうし、残された痕跡も同様に目立たないものだろう。

しかし、全体としては、最も単純な微生物の集団でさえ、火星の岩石に刻み込まれた痕跡を持っている可能性があり、PIXL やその他の機器はそれを特定するのに役立つかもしれません。たとえば、地球では、最も古い生命の痕跡は化石化した遺体ではなく、ストロマトライトと呼ばれる奇妙な石のパターンです。

ストロマトライトは、かつて薄い膜状に集まって太陽光線を吸収し、周囲に落ちた砂を偶然に形作った微生物の残骸である。新しい「微生物マット」が古いものの上に成長し、シートの積み重ねを形成し、他の生物の痕跡が消えてからも石として生き残った。

研究者たちは火星の微生物がどのようなモチーフを作ったのかほとんどわかっていないが、ストロマトライトの層状の構造は概念の証拠となる。PIXL の元素マップが波状の層の積み重ねを示した場合、その岩石は地球上でさらに研究するためにサンプルを採取する価値があるだろう (パーセベランスは将来のミッションで回収するためにサンプルを保管する)。

実際、オールウッド氏が PIXL を開発した理由の 1 つは、地球上のストロマトライトの謎めいたメッセージを解読するためだった。彼女は、2006 年と 2009 年に、PIXL の祖先ともいえる市販の蛍光 X 線顕微鏡を使用して、最古の地球ストロマトライト (35 億年前のオーストラリアの標本) を調査したチームの一員だった。

当時、ほとんどの研究者は、ストロマトライトのような模様が原始的な微生物によって形成されたのか、それとも地質学的力によって形成されたのかを解明する鍵は、サンプルをマイクロメートル単位で精査することだと考えていました。しかしオールウッド氏にとっては、視野を広くして岩石の広い部分を研究すると、より明確なストーリーが語られることが多かったのです。「問題から一歩引くと、よりよく理解できるといつも思います」と彼女は言います。

彼女はすぐにNASAのジェット推進研究所に博士研究員として加わり、2011年までには火星に送る将来を見据えてPIXLの最初の試作品の開発に取り組んでいた。2016年までにこの機器はさらに開発され、研究チームがグリーンランドで37億年前のさらに古いストロマトライトの集合体を発見したと発表した。

しかし、オールウッド氏と他の同僚が PIXL プロトタイプを使用してグリーンランドのストロマトライトのサンプルを分析したところ、微生物起源説は成り立たなくなった。PIXL の分析では、想定されるストロマトライトの内部と外部の元素分布にほとんど違いがないことがわかった。また、岩石のパターンが微生物によって残されたものでないことを示す確かな証拠である層、つまり「層状構造」もまったく見られなかった。「PIXL によるマッピングでは、層状の化学的な痕跡さえ見当たらないことがわかりました。」

研究者たちが地球上の化石化した微生物マットの真正性について、大小さまざまな機器を使って何年も議論していることを考えると、PIXL のたった 1 本の X 線ビームだけで火星に過去に生命が存在したという明確な証拠を見つけられる可能性はほとんどない。

赤い惑星にかつて微生物が生息していたという説得力のある証拠を得るには、パーセベランスの他のさまざまな機器から得られるさらなる証拠が必要であり、最終的には地球上での完全な分析のために最も有望なサンプルを回収する必要がある。

宇宙生物学者は「現場での機器による観測と持ち帰ったサンプルの観測の両方を含む豊富な情報のタペストリー」を必要とするだろうとオールウッド氏は言う。「決定的な証拠はない」