Heterocykle na Marsie

Powyżej: Selfie, które Curiosity Rover wykonał w 2015 (źródło: Wikimedia, licencja: public domain)

Dość niedawno media doniosły, że na Marsie odkryto związki heterocykliczne. Wywołało to całą serię spekulacji o tym, czy istniało (istnieje) tam życie. Postaram się trochę rozjaśnić tę kwestię, ale od razu napiszę, że śladów życia ta misja jeszcze nie znalazła, a tytuły w mediach często są przesadzone.

Zacznijmy może jednak od tego, czym właściwie są te związki heterocykliczne, zwane też żargonowo heterocyklami, i jakie mają znaczenie, jeśli chodzi o kwestię powstawania życia. Przyjrzyjmy się nazwie. Mamy tam „cykl”, czyli mowa jest o związkach o strukturze pierścieniowej – oczywiście w tym przypadku mowa o pierścieniu złożonym z atomów węgla. Z kolei „hetero” oznacza tu „obcy” i wskazuje nam, że co najmniej jeden z atomów węgla w pierścieniu został zastąpiony innym pierwiastkiem – zwykle azotem, tlenem lub siarką. Grupa związków heterocyklicznych jest niesamowicie liczna, a do tego bardzo istotna z punktu widzenia życia. Związki te są m.in. składnikami DNA i RNA (zasady azotowe), transportują tlen, niektóre pełnią funkcje hormonów, inne są witaminami, antybiotykami itp. Związkami heterocyklicznymi są też kofeina i nikotyna.
Tu ktoś może spytać: skoro istnieją związki heterocykliczne, to czy mamy też homocykliczne? Owszem, są takie – jak się pewnie domyślacie, mają pierścienie złożone tylko z atomów węgla.

Związki heterocykliczne są znane i szeroko badane prze chemików (i fizyków) od bardzo dawna. Przyznam, że mam do nich pewien sentyment, bo zajmowałem się nimi, pisząc magisterkę (pochodne pirydyny i pirymidyny). Później w pracy też się u mnie przewijały.

Curiosity – badacz niestrudzony

Od 2012 roku po cichutku na Marsie prowadzi eksplorację łazik Curiosity. Stworzony przez zespół inżynierów z Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, USA) jest w zasadzie skomplikowanym ruchomym laboratorium badawczym, sterowanym z Ziemi. Bezpośrednio w centrum kontroli pracuje kilkadziesiąt osób, ale łączna liczba zaangażowanych to kilkaset. W założeniu miał działać tylko przez dwa lata, tymczasem mija już prawie 14 ziemskich lat, a Curiosity dalej wędruje i bada. Łazik jest wielkości auta osobowego, ma niecałe 3 m długości i 2,7 m szerokości. Całość waży ok. 900 kg, z czego część „laboratoryjna” to tylko 6,8 kg, Całość jest zasilana generatorem RTG pracującym na plutonie-238. To efektywne źródło energii na starcie produkowało 100 W energii elektrycznej oraz 2 kW energii cieplnej, niezbędnej do utrzymania odpowiedniej temperatury części laboratoryjnej. Generatory RTG są bardzo efektywne, mogą działać bezobsługowo dziesiątki lat. Wystarczy wspomnieć sondy Voyager, zasilane podobnymi generatorami od niemal 50 lat.

Komunikacja radiowa z łazikiem odbywa się na falach decymetrowych (UHF), a sygnał w jedną stronę biegnie średnio ponad 14 minut. Trzeba cierpliwie czekać.

Na pokładzie są liczne instrumenty badawcze. Kluczowe są kamery, które pomagają znaleźć ciekawe miejsca do badań, jak też wspomagają nawigację po dość trudnym terenie. Jest ich osiem, ale dwie z nich są szczególne. Nazwano je ChemCam – jest to zestaw dwóch sprzężonych kamer, które przeprowadzają automatyczną analizę skał i regolitu marsjańskiego.

Odbywa się to tak: system wyszukuje ciekawe miejsce, strzela w to miejsce laserem, co powoduje szybkie odparowanie minerałów i przekształcenie ich w plazmę. Ona emituje światło, które jest analizowane metodami spektroskopowymi – w zakresie 240-800 nm (światło UV, widzialne i bliska podczerwień). Wykorzystuje się tutaj fakt, że każdy pierwiastek z układu okresowego, podgrzany do odpowiednio wysokiej temperatury, emituje konkretne światło (coś w rodzaju odcisku palca), które jest następnie analizowane przez spektroskop i porównywane ze znanymi wzorcami. OK, wiem, że to wielki skrót myślowy. Wzbudzenie laserowe trwa zaledwie 50-75 nanosekund.

Nas jednak bardziej interesuje instrument znany pod skrótem SAM, czyli Sample Analysis at Mars (analizator próbek marsjańskich). Urządzenie to analizuje związki organiczne, zarówno w atmosferze Marsa, jak i w próbkach stałych. Jest to zestaw takich urządzeń jak chromatograf gazowy czy kwadrupolowy spektrometr mas. Właśnie ten instrument dostarcza nam niesamowicie ciekawych informacji dotyczących obecnych na tej planecie związków organicznych.

Tu trzeba dodać, że analizie poddawano materiały, które miały ok. 3,5 mld lat i przebywały na Marsie w ekstremalnych warunkach – poddawane choćby działaniu silnego promieniowania kosmicznego. A jednak przetrwały tam rozliczne związki organiczne, które ujawniane są na Czerwonej Planecie przez kolejne misje eksploracyjne.

Co naprawdę znaleziono na Marsie

W kwietniu 2026 w Nature opublikowano artykuł, w którym znajdziemy informacje o niektórych wynikach uzyskanych dzięki badaniom na Marsie. Już kilka lat wcześniej znaleziono tam takie związki, jak tiofen, metylo- i dimetylotiofen, ditiapentan czy ditiolan, ale i dichloro- oraz trichloroalkany. Tym razem uczeni informują o wykryciu całej gamy innych związków, w tym heterocyklicznych. W eksperymencie użyto TMAH, czyli wodorotlenku tetrametyloamoniowego, który metyluje złożone związki organiczne. Analiza wykonana przy pomocy chromatografii gazowej (GC) oraz kwadrupolowej spektrometrii mas (MS) wykazała obecność w próbkach takich związków, jak tri- i tetrametylobenzen, naftalen i benzotiofen. Kolejny eksperyment wykazał obecność benzoesanu metylu, dihydronaftalenu i metylonaftalenu. Znaleziono także prawdopodobne ślady dimetyloindolu, aczkolwiek jego czas retencji nie zgadzał się z danymi z eksperymentów przeprowadzanych na Ziemi. Trzeba jednak pamiętać, że warunki pomiaru marsjańskiego różnią się znacząco od ziemskich.
Wyniki eksperymentów porównano z danymi uzyskanymi ze słynnego meteorytu Murchison, o którym wiadomo, że pochodzi właśnie z Marsa. Został on znaleziony w 1969 roku w Australii. Okazało się, że skład chemiczny (organiczny) jest w obu przypadkach bardzo podobny, co w zasadzie nie powinno specjalnie dziwić.
Uczeni w artykule w „Nature” zwracają uwagę na obecność estru – benzoesanu metylu. Skąd on się mógł wziąć? Autorzy spekulują, że jest on produktem utleniania pochodnych benzenu przy pomocy nadchloranu potasu, który znaleziono w wielu miejscach w skałach, a także regolicie marsjańskim. Co ciekawe, nie znaleziono nawet śladowych ilości estrów kwasów alifatycznych, które w zasadzie mogłyby tam być obecne. Warto też zwrócić uwagę na dość złożony związek heterocykliczny zawierający siarkę – a mianowicie benzotiofen. Jest to związek dwupierścieniowy, który na Ziemi występuje naturalnie w ropie naftowej. Jest też pośrednie potwierdzenie obecności związku zawierającego azot w pierścieniu, a mianowicie dimetyloindolu. Tego typu struktura może być prekursorem związków istotnych biologicznie.
Zapewne w niedługim czasie dostaniemy wyniki kolejnych analiz materii marsjańskiej. Podejrzewam, że będzie znowu kilka zaskoczeń.

Co dalej?

Dane uzyskane z łazika Curiosity oraz późniejsze, z łazika Perseverance, są naprawdę cenne. Pozwalają lepiej zrozumieć ewolucję Marsa, jak też całego Układu Słonecznego. Dość jasno widzimy, że planeta ta, wyglądająca dziś jak martwy świat, miliardy lat temu była pełna związków organicznych. Czy kiedyś było tam życie? Tego jeszcze nie wiadomo, ale to całkiem możliwe.
Jaka jest przyszłość eksploracji Marsa? Oczywiście oba wspomniane łaziki będą dalej pracować. Misja Curiosity, która miała trwać dwa lata, została przedłużona bezterminowo (chyba że jakiś prezydent obetnie finansowanie). Perseverance też działa dalej i przesyła ciekawe dane z krateru Jezero. Tu warto dodać, że łazik ten pracowicie zbiera próbki regolitu, skał oraz atmosfery i gromadzi je, ponieważ planowana jest misja, której celem ma być ich zabranie z powierzchni Marsa i przywiezienie na Ziemię. Pierwotnie dostarczenie próbek na Ziemię miało mieć miejsce w 2033 roku, ale w tym momencie wszystko jest wstrzymane. Szkoda, bo ich analiza na Ziemi dałaby nam sporo odpowiedzi, ale oczywiście także kolejnych pytań.
W tej chwili do Marsa (ale bez lądowania!) zmierzają dwa statki kosmiczne w ramach misji ESCAPADE. Będzie ona miała za zadanie analizę magnetosfery planety oraz oddziaływania wiatru słonecznego. Planowany czas misji to 3 lata i 7 miesięcy.
Opóźniona jest (niestety) europejska misja łazika Rosalind Franklin. Miała wystartować na początku lat 20., ale inwazja Rosji (która uczestniczyła w projekcie) na Ukrainę spowodowała wstrzymanie programu. Jest szansa, że misja wystartuje pod koniec tej dekady.
Tak czy inaczej wygląda na to, że eksploracja Marsa będzie trwała. I bardzo dobrze, bo jest to planeta bardzo ciekawa. Równie ciekawa byłaby podróż na Wenus, ale tu problemy techniczne bardzo utrudniają badania – dotychczasowe sondy wytrzymywały w jej atmosferze krótko: od dosłownie kilku minut do maksymalnie 2 godzin (Wenera 13, ZSRR). Ostatnie loty na tę niegościnną planetę miały miejsce ponad 40 lat temu. Są co prawda plany lotów na Wenus, ale nie wcześniej niż w czwartej dekadzie XXI w.

Autor

Mirosław Dworniczak

Jestem emerytowanym chemikiem, który nadal pisze o rozmaitych sprawach, głównie na łamach miesięcznika „Wiedza i Życie”. Interesuję się naukami ścisłymi, twórczością Leonarda Cohena, popularyzuję e-papierosy jako metodę wychodzenia z nałogu palenia tytoniu. Słucham dobrej muzyki z lat 60. i 70. oraz tzw. piosenki autorskiej (poezji śpiewanej). Bardzo lubię czytać książki – różne, różniste.
Twitter: Mirek „Stary Chemik”
BlueSky: ‪@oldchemist.bsky.social‬

Ostatnie wpisy

Archiwum autora

• EM poleca3 czerwca 2026EM poleca (#57) Dava Sobel – „Pierwiastki Marii Skłodowskiej-Curie. Jak blask radu oświetlił drogę kobietom w świecie nauki”
• astronautyka25 maja 2026Heterocykle na Marsie
• EM poleca29 kwietnia 2026EM poleca (#54) Siddharth Kara – „O tym, jak krew Kongijczyków zasila naszą codzienność”
• energia jądrowa26 kwietnia 2026Czarnobyl – to już 40 lat