Pentru majoritatea speciilor de viață din univers, oxigenul poate fi o otravă mortală. Dar, ciudat, acest lucru poate simplifica în mod semnificativ căutarea unei astfel de vieți pentru astrobiologi. Imaginați-vă că intrați într-o mașină a timpului care nu poate călători doar miliarde de ani, dar și să depășiți obiectivele ușoare în spațiul exterior, toate pentru a găsi viață în univers. Cum ați începe căutarea dvs.? Recomandările oamenilor de știință te pot surprinde.
La început, s-ar putea să credeți că viața ar putea fi ca viața familiară de pe pământ: iarbă, copaci, frunze de animale la o gaură de udare sub cerul albastru și soarele galben. Dar aceasta este linia de gândire greșită. Astronomii care cenzură planetele Căii Lactee tind să creadă că cea mai mare parte a vieții din univers există pe lumi care orbitează stele pitice roșii, care sunt mai mici, dar mai numeroase decât stelele precum Soarele nostru. În parte datorită acestei abundențe, astronomii trebuie să-i studieze cu mare sârguință. Luăm, de exemplu, pitica roșie TRAPPIST-1, care se află la doar 40 de ani lumină. În 2017, astronomii au descoperit că cel puțin șapte planete similare Pământului se învârt în jurul ei. Multe noi observatorii - conduse de o stea NASA,cu telescopul spațial James Webb - începând din 2019 și vor putea cunoaște mai bine planetele sistemului TRAPPIST-1, precum și multe alte planete din apropierea piticilor roșii în căutarea vieții.
Între timp, nimeni nu știe cu siguranță ce vei găsi vizitând una dintre aceste lumi ciudate în mașina ta spațială, dar dacă planeta arată ca Pământul, șansele sunt mari să găsești microbi și nu o megafaună atractivă. Studiul, publicat pe 24 ianuarie în Science Advances, demonstrează ce ar putea însemna acest fapt curios pentru căutarea extratereștrilor. Unul dintre autorii lucrării, David Cutling, chimist atmosferic la Universitatea Washington din Seattle, analizează istoria planetei noastre pentru a dezvolta o nouă rețetă pentru căutarea vieții unicelulare pe lumi îndepărtate în viitorul apropiat.
Cea mai mare parte a vieții pe Pământ este astăzi microbiană, iar o lectură atentă a datelor fosile și geochimice ale planetei arată că acest lucru a fost întotdeauna cazul. Organisme precum animalele și plantele - și oxigenul pe care aceste plante îl produc pentru a le inspira - sunt fenomene relativ noi care au apărut în ultima jumătate de miliard de ani. Înainte de asta, din patru miliarde de ani din istoria Pământului, planeta noastră a petrecut primele două miliarde de ani în rolul unei „lumi noroioase” sub controlul microbilor care se hrăneau cu metan, pentru care oxigenul nu era un gaz care dă viață, ci o otravă mortală. Dezvoltarea cianobacteriilor fotosintetice a determinat soarta următorilor doi miliarde de ani, iar microbii „metanogeni” au fost conduși în locuri întunecate unde nu se putea ajunge oxigenul - peșteri subterane, mlaștini adânci și alte teritorii sumbre în care încă trăiesc. Cianobacteriile au făcut treptat planeta noastră, au umplut încet atmosfera cu oxigen și au pus bazele lumii moderne. Dacă ați vizita planeta noastră în mașina dvs. de timp în toți acești ani, atunci de nouă ori din zece, veți găsi doar viață cu alge unicelulare și, de asemenea, ați risca să vă sufocați în aer sărac cu oxigen.
Acest lucru reprezintă o provocare pentru oamenii de știință care speră să folosească telescopul James Webb (mai degrabă decât o mașină a timpului) pentru a căuta alte lumi ale vieții. Moleculele din atmosfera unei planete pot absorbi lumina transmisă de la stele, rezultând amprente de lumină pe care astronomii le pot detecta. Abundența de oxigen din atmosfera planetei este unul dintre cei mai evidenti indicatori ai vieții posibile, deoarece nu este foarte ușor să-l creezi fără biologie. Potrivit astrobiologilor, acest gaz extrem de reactiv poate fi o „biosemnatură”, deoarece în concentrații mari, „iese în echilibru” cu mediul înconjurător. Oxigenul, de regulă, cade din aer sub formă de rugină și alte oxidări pe metale și nu rămâne într-o stare gazoasă, așa că, dacă există o mulțime de lucruri, ceva - poate fotosinteza viața - trebuie să-l reînnoiască constant. Dar dacă luați ca exemplu planeta noastră, astrobiologii recunosc că oxigenul poate fi ultimul lucru pe care îl găsesc - genetica spune că fotosinteza complexă ca proces de producere a oxigenului a fost inventată de cianobacterii ca o inovație evolutivă neobișnuită, care a fost găsită o singură dată de-a lungul lunii istorii a Pământului. biosferă. În consecință, orice vânător de viață de pe alte planete va vedea prin lentila unui telescop, cel mai probabil, o planetă fără oxigen. Ce alte biosemnaturi poate căuta un astfel de vânător?orice vânător pe viață de pe alte planete va vedea prin lentila unui telescop, cel mai probabil o planetă fără oxigen. Ce alte biosemnaturi poate căuta un astfel de vânător?orice vânător pe viață de pe alte planete va vedea prin lentila unui telescop, cel mai probabil o planetă fără oxigen. Ce alte biosemnaturi poate căuta un astfel de vânător?
În prezent, cel mai bun mod de a găsi răspunsul este să ne întoarcem la mașina noastră de timp. Numai că de data aceasta va fi un model virtual, computer, care se va scufunda în profunzimile inaccesibile ale trecutului anoxic al Pământului (sau al lumii extraterestre prezente), care va explora posibila chimie a gazelor din atmosferă și ocean care ar putea avea loc. Folosind date din roci vechi și alte modele pentru a selecta cele mai bune presupuneri despre chimia mediului Pământului în urmă cu trei miliarde de ani, un computer poate vedea dezechilibre evidente - posibile biosignaturi. De fapt, asta a făcut Cutling, lucrând cu Joshua Chrissansen-Totton și Stephanie Olson de la Universitatea din California, Riverside.
„Mașina lor de timp” este o aproximare numerică a unui volum imens de aer prinse într-o cutie mare transparentă, cu un ocean deschis la baza cutiei; calculatorul pur și simplu calculează modul în care gazele din cutie vor reacționa și se vor amesteca în timp. În cele din urmă, gazele care interacționează consumă toată „energia liberă” din cutie și ating echilibrul - atunci când reacția necesită energie suplimentară din exterior, ca și cum soda s-ar fi epuizat. Comparând un cocktail de gaze epuizate cu amestecul revitalizat blocat inițial în cutie, oamenii de știință pot calcula exact cum și când atmosfera lumii era în echilibru. Această abordare ar putea reproduce cel mai evident exemplu de dezechilibru atmosferic pe care îl are planeta noastră - prezența oxigenului și urmele de metan. Chimie simplă aratăcă aceste gaze nu ar trebui să coexiste mult timp, dar ele coexistă pe Pământ, ceea ce face clar că ceva de pe planeta noastră respiră și trăiește. Dar pentru un Pământ antic fără oxigen, modelul ar avea un comportament complet diferit.
„Cercetarea noastră oferă un răspuns” la întrebarea cum să găsești viață anoxică pe o planetă asemănătoare Pământului, spune Cutling. Cea mai mare parte a vieții este simplă - ca și microbii - și majoritatea planetelor nu au ajuns încă în stadiul atmosferelor bogate în oxigen. Combinația de dioxid de carbon relativ abundent și metan (în absența monoxidului de carbon) este biosemnatura unei astfel de lumi.
Video promotional:
Chrissansen-Totton explică mai detaliat: „Prezența metanului și a dioxidului de carbon în același timp este neobișnuită, deoarece dioxidul de carbon este starea cea mai oxidată de carbon, iar metanul (format dintr-un atom de carbon legat la patru atomi de hidrogen) este opus. Este foarte dificil să produci aceste două forme extreme de oxidare în atmosferă, în același timp, în absența vieții. O planetă solidă cu un ocean și mai mult de 0,1% metan în atmosferă ar trebui considerată o planetă potențial locuibilă, spun oamenii de știință. Și dacă metanul atmosferic atinge un nivel de 1% sau mai mult, în acest caz planeta nu va fi „potențial”, ci „cel mai probabil” locuibilă.
Jim Casting, chimist atmosferic la Universitatea din Pennsylvania, spune că aceste rezultate sunt „pe drumul cel bun”, deși „ideea că metanul ar putea fi o biosignatură într-o atmosferă anoxidă este relativ veche”.
În plus, Cutling și coautorii săi și-au dat seama cum ar trebui să se manifeste semnătura lor de metan și cum să o distingă de surse nevii. Conform modelului lor, metanul din atmosfera unei planete anoxice de tip terestru ar trebui să reacționeze de obicei cu dioxidul de carbon, care este încă în aer, amestecat cu azot și vapori de apă și să plouă ca un compus greu. Alte calcule au arătat că nicio sursă abiotică (adică non-vie) de metan de pe o planetă solidă nu va fi capabilă să producă suficient gaz pentru a interfera cu acest proces - fie că este vorba de poluarea cu gaze vulcanice, reacții chimice în orificiile de adâncime și chiar căderi de asteroizi. Doar o populație vie de bacterii care consumă metan poate explica gazul. Mai important, chiar dacă sursele abiotice furnizează suficient metan,acestea vor produce aproape inevitabil mult monoxid de carbon, un gaz care este otrăvitor pentru animale, dar iubit de mulți microbi. Împreună, metanul și dioxidul de carbon, în absența monoxidului de carbon, pe o planetă solidă cu un ocean ar putea fi bine interpretate ca un semn de viață independent de oxigen.
Aceasta este o veste bună pentru astronomi. Telescopul James Webb se va lupta să detecteze direct prezența oxigenului pe orice planetă potențial locuibilă pe care o vede în misiunea sa. La fel cum ochii tăi pot distinge lumina vizibilă, dar nu pot vedea radio sau radiografii, viziunea Webb este reglată la spectrul infraroșu - o parte a spectrului ideal pentru studierea stelelor și galaxiilor antice, dar nu face față bine liniilor de absorbție a oxigenului, unde sunt împrăștiate și rare. … Unii oameni de știință se tem că căutarea vieții va trebui amânată până când vor fi disponibile alte telescoape mai capabile. În timp ce Webb nu poate vedea oxigenul cu ușurință, ochii săi infraroși pot vedea perfect semne de viață fără oxigen. Telescopul este capabil să detecteze simultan metan,dioxid de carbon și monoxid de carbon în atmosfera unor planete din apropierea stelelor pitice roșii. De exemplu, în sistemul TRAPPIST-1.
Cu toate acestea, este puțin probabil ca Webb să stăpânească cea mai importantă parte a criteriilor lui Cutling - determinând cantitatea relativă a fiecărui gaz - și nu poate înțelege, de exemplu, dacă vulcanii sau microbii care se încadrează produc metan pe o planetă dată. Este puțin probabil ca Webb să găsească o biosferă de anoxid pe orice planetă sub un soare roșu.
Un alt lucru este important. Viața este mai importantă de căutat decât oxigenul.
Ilya Khel
