يصدأ الحديد . على الأرض، غالبًا ما يشير هذا التفاعل الكيميائي المعتاد إلى شيء أكثر إثارة للاهتمام من مجرد تآكل المعادن، على سبيل المثال، الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش عن طريق تحويل أيونات الحديد. ويعتقد الباحثون الآن أن هذه الميكروبات المنتجة للصدأ يمكن أن تكون واحدة من المؤشرات الواعدة لاكتشاف الحياة على المريخ والأقمار الجليدية للنظام الشمسي الخارجي.

أعد علماء الأحياء المجهرية من جامعة توبنغن نظرة عامة شاملة عن كيفية ترك بكتيريا الحديد آثارًا فريدة في الصخور والمعادن، وسبب أهمية هذه الآثار في علم الأحياء الفلكي. بحث منشور في المجلة مراجعات علوم الأرضيربط عقودًا من علم الأحياء الدقيقة الأرضية بالتحديات العملية للبحث عن الحياة خارج كوكبنا.

الحديد هو الحياة

يعد الحديد أحد العناصر الأكثر وفرة في النظام الشمسي، وقد طورت الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على الأرض طرقًا متنوعة بشكل مدهش لاستخدامه. تقوم بعض البكتيريا بأكسدة الحديدوز لإنتاج الطاقة، وبشكل أساسي “تتنفس” الحديد بنفس الطريقة التي يتنفس بها البشر الأكسجين. والبعض الآخر يقلل الحديديك، ويستخدمه كمستقبل نهائي للإلكترون في عملية التمثيل الغذائي. هذه العمليات لا تحدث في عزلة. تقوم الكائنات الحية الدقيقة التي تستقلب الحديد بدمجه في دورات الكربون والنيتروجين، مما يؤدي إلى ربط تحولات الحديد بتثبيت ثاني أكسيد الكربون، والتحلل العضوي، وحتى التمثيل الضوئي.

تصبح المنتجات الثانوية لهذه التفاعلات الكيميائية الحيوية معادن حيوية – أوكسي هيدروكسيدات الحديد. هذه ليست علامات ملحوظة بالكاد. الكائنات الحية التي تزدهر في البيئات المحايدة وتؤكسد الحديد تنتج هياكل مميزة: سيقان ملتوية وأغماد أنبوبية وشبكات تشبه الخيوط من معادن الحديد الممزوجة بالمركبات العضوية. تترسب المعادن عن طريق البكتيريا، وتشكل رواسب صدئة يمكن أن تستمر في السجل الجيولوجي لمليارات السنين. هذه المتانة تجعل البصمات الحيوية المحتوية على الحديد ذات قيمة خاصة لاستكشاف الكواكب. على عكس الجزيئات العضوية الهشة، التي يتم تدميرها بواسطة الإشعاع والبيئات الكيميائية العدوانية، يمكن للهياكل الحديدية المعدنية البقاء على قيد الحياة.

ووجد الباحثون هذه البصمات الحيوية في مجموعة متنوعة من البيئات، من الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط إلى التربة الأرضية، ومن مصارف المناجم الحمضية إلى ينابيع المياه العذبة المحايدة. أينما يتلامس الماء مع الصخور المحتوية على الحديد، يمكن للبكتيريا المعالجة للحديد أن تجد موطنًا لها.

اتجاهات البحث

الهدف الأكثر إثارة للاهتمام في هذا السياق هو المريخ. صفته أحمر بسبب أكسدة الحديد في الغبار السطحي والصخور. كان هناك ماء سائل في الماضي البعيد، وقد وثقت المركبات الفضائية المعادن الغنية بالحديد عبر سجلها الجيولوجي. إذا ظهرت حياة ميكروبية على المريخ، فإن عملية التمثيل الغذائي القائمة على الحديد يمكن أن توفر مصدرًا للطاقة يمكن الوصول إليه. ربما لا تزال المعادن التي أنتجتها هذه الكائنات الافتراضية محفوظة في الصخور الرسوبية القديمة، في انتظار اكتشافها بواسطة المركبات الجوالة المجهزة بشكل مناسب.

قد تكون هناك احتمالات أخرى، ولكنها ليست أقل إثارة للاهتمام، مخفية بواسطة الأقمار الصناعية الجليدية أوروبا وإنسيلادوس. وعلى كليهما، يتناثر الماء عميقًا تحت القشرة الجليدية. من المحتمل أن يكون محيط أوروبا على اتصال بقاع البحر الصخري، حيث يؤدي تفاعل الماء والصخور إلى إطلاق الحديد المذاب. يقوم إنسيلادوس بطرد المواد من محيطه بشكل نشط من خلال السخانات بالقرب من القطب الجنوبي. هناك مفاهيم مهمة تقترح أخذ عينات من هذه الأعمدة أو الهبوط بالقرب من الفتحات لتحليل الجزيئات المقذوفة بحثًا عن البصمات الحيوية للحديد.

تؤكد المراجعة على أنه للتعرف على معادن الحديد الحيوية، من الضروري فهم كيفية تكوينها، وما هي القوام الذي تنشئه، وكيف تختلف عن المعادن المتكونة بيولوجيًا. وينبغي لمطوري المسابير الفضائية أن يزودوها بأدوات قادرة على اكتشاف ليس فقط مركبات الحديد، بل وأيضاً المعادن ذات الخصائص المورفولوجية والكيميائية المحددة.

إن المخاطر كبيرة. إن العثور على بصمات حيوية للحديد على جرم سماوي آخر لن يثبت وجود حياة خارج كوكب الأرض فحسب، بل سيؤكد أيضًا أن نفس العمليات الكيميائية الحيوية الأساسية تحدث في جميع أنحاء النظام الشمسي.