Az univerzumban élő legtöbb állatfaj számára az oxigén halálos méreg lehet. De furcsamód, ez jelentősen egyszerűsítheti az asztrobiológusok ilyen életének kutatását. Képzelje el, hogy olyan időgépbe kerül, amely nemcsak milliárd éven át képes utazni, hanem a világűrben levő könnyű célokat is legyőzi, mindezt azért, hogy életot találjon az univerzumban. Hogyan kezdje el a keresést? A tudósok ajánlása meglephet.
Először azt gondolhatja, hogy az élet olyan lehet, mint a megszokott élet a földön: fű, fák, fodorító állatok a kék ég alatt egy öntözőnyíláson és a sárga nap. De ez a rossz gondolatmenet. A Tejút bolygóit cenzúráló csillagászok általában úgy gondolják, hogy az univerzum életének nagy része vörös törp csillagok körül keringő világokon létezik, amelyek kisebbek, de sokkal többek, mint a mi Napunk csillagai. Részben e bőség miatt a csillagászoknak nagy gondossággal kell tanulmányozniuk őket. Vegyük például a TRAPPIST-1 vörös törpét, amely mindössze 40 fényévnyire van. 2017-ben a csillagászok felfedezték, hogy legalább hét földszerű bolygó körül forog. Sok új obszervatórium - egy NASA csillag vezetésével,a James Webb Űrtávcsővel - 2019-től kezdve, és jobban megismerheti a TRAPPIST-1 rendszer bolygóit, valamint a vörös törpék közelében lévő sok más bolygót, életét keresve.
Közben senki sem tudja biztosan, hogy mit fog találni, ha meglátogatja ezen furcsa világok egyikét az űr-idő gépen, de ha a bolygó úgy néz ki, mint a Föld, nagy esély van arra, hogy mikrobákat fog találni, nem pedig vonzó megafaunát. A Science Jances 24. januárjában közzétett tanulmány bemutatja, hogy mit jelent ez a furcsa tény az idegenek keresésében. A munka egyik szerzője, David Cutling, a seattle-i washingtoni egyetem légköri vegyészete bolygónk történetébe megy, hogy új receptet dolgozzon ki a távoli világokon az egysejtű élet keresésére a közeljövőben.
A Föld életének nagy része ma mikrobiális, és a bolygó fosszilis és geokémiai adatainak gondos olvasása azt mutatja, hogy mindig ez volt a helyzet. Az olyan szervezetek, mint az állatok és növények - és az ezeknek a növényeknek az állatok számára történő légzéséhez előállított oxigénje - viszonylag új jelenségek, amelyek az elmúlt fél milliárd év alatt jelentkeztek. Ezt megelőzően, a Föld története négymilliárd év alatt, bolygónk az első két milliárd évet "sáros világ" szerepében töltötte a metán tápláló mikrobák irányítása alatt, amelyek számára az oxigén nem életmentő gáz, hanem halálos méreg. A fotoszintetikus cianobaktériumok fejlődése meghatározta a következő két milliárd év sorsát, és a "metanogenikus" mikrobákat sötét helyekre vezettek, ahol az oxigén nem tudott bejutni - földalatti barlangokba, mély mocsarakba és más olyan komor területekbe, ahol még mindig élnek. A cianobaktériumok fokozatosan zöldítették bolygónkat, atmoszféráját lassan megtöltötték oxigénnel és megteremtették az alapot a modern világ számára. Ha évek óta meglátogatta bolygónkat időmérőjében, akkor tízből kilenc alkalommal csak egysejtű algákat találna, és kockázatot jelenthet arra is, hogy megfojtja az oxigénszegény levegőt.
Ez kihívást jelent a tudósok számára, akik abban reménykednek, hogy a James Webb távcsövet (és nem egy időgépet) használják az élet más világainak kutatására. A bolygó légkörében lévõ molekulák elnyelhetik a csillagok által átjutott fényt, és olyan fénynyomásokat eredményeznek, amelyeket a csillagászok észlelhetnek. Az oxigén bősége a bolygó légkörében a lehetséges élet egyik legszembetűnőbb mutatója, mivel biológia nélkül nem könnyű ezt megteremteni. Az asztrobiológusok szerint ez a nagyon reakcióképes gáz „biológiai aláírás” lehet, mivel magas koncentrációban „kikerül az egyensúlytól” a környezettel. Az oxigén, mint általában, rozsda és más fémek oxidációja formájában esik le a levegőből, és nem marad gáznemű állapotban, tehát ha nagyon sok van, valami - talán az élet fotoszintetizáló képességét - folyamatosan pótolja. De ha példaként vesszük bolygónkat, akkor az asztrobiológusok elismerik, hogy az oxigén lehet az utolsó dolog, amit találnak - a genetika szerint a komplex fotoszintézist mint az oxigéntermelési eljárást a cianobaktériumok találták szokatlan evolúciós innovációként, amelyet csak a föld hosszú története során fedeztek fel. bioszféra. Következésképpen minden más bolygón élő élet vadász láthatja a távcső lencséjén keresztül, valószínűleg egy oxigénmentes bolygót. Milyen más biológiai aláírásokat kereshet egy ilyen vadász?bármely más bolygón élő élet vadász láthatja a távcső lencséjén, valószínűleg egy oxigénmentes bolygót. Milyen más biológiai aláírásokat kereshet egy ilyen vadász?bármely más bolygón élő élet vadász láthatja a távcső lencséjén, valószínűleg egy oxigénmentes bolygót. Milyen más biológiai aláírásokat kereshet egy ilyen vadász?
Jelenleg a válasz megtalálásának legjobb módja az, hogy visszatérünk az időgépünkbe. Csak ezúttal egy virtuális, számítógépes modell lesz, amely belemerül a Föld (vagy a jelen idegen világ) anoxikus múltjának elérhetetlen mélyébe, feltárva a légkörben és az óceánban előforduló gázok lehetséges kémiai jellemzőit. A régi kőzetekből és más modellekből származó adatok felhasználásával a Föld környezetének három milliárd évvel ezelőtti kémiájára vonatkozó legjobb feltételezések kiválasztásához a számítógép nyilvánvaló egyensúlyhiányt - esetleges bioszignaciókat - láthat. Valójában ezt csinálta Cutling, együttműködve Joshua Chrissansen-Tottonnal és Stephanie Olsonnal a kaliforniai Riverside Egyetemen.
Az "időgépük" egy nagy átlátszó dobozban csapdába eső hatalmas levegőmennyiség numerikus közelítése, amelynek nyílásánál nyílt óceán van; a számítógép egyszerűen kiszámítja, hogy a dobozban lévő gázok hogyan reagálnak és keverednek az idő múlásával. Végül az egymással kölcsönhatásban lévő gázok felhasználják az összes „szabad energiát” a dobozban, és elérték az egyensúlyt - amikor a reakcióhoz külső energiát igényelnek, mintha a szóda kimerülne. Összehasonlítva egy kimerült gáz koktélt az eredetileg a dobozba zárolt revitalizált keverékkel, a tudósok pontosan kiszámíthatják, hogy mikor és mikor volt a világ légköre egyensúlyban. Ez a megközelítés reprodukálhatja a bolygónk légköri egyensúlytalanságának legszembetűnőbb példáját - az oxigén jelenléte és a metán nyomai. Egyszerű kémia mutatjahogy ezeknek a gázoknak nem szabad hosszú ideig létezniük, hanem együtt élnek a Földön, ami világossá teszi, hogy a bolygónkon valami lélegzik és él. De egy ókori Föld számára oxigén nélkül a modell viselkedése teljesen más lenne.
"Kutatásunk választ ad" arra a kérdésre, hogy miként lehet megtalálni egy oxigén életet egy Föld-szerű bolygón, mondja Cutling. Az élet nagy része egyszerű - mint a mikrobák -, és a legtöbb bolygó még nem érte el az oxigénben gazdag légkör szakaszát. A viszonylag bőséges szén-dioxid és a metán (szén-monoxid nélkül) kombinációja egy ilyen világ biológiai aláírása.
Promóciós videó:
Chrissansen-Totton részletesebben kifejti: „A metán és a szén-dioxid jelenléte egyidejűleg szokatlan, mivel a szén-dioxid a legoxidáltabb szén, a metán (amely négy hidrogénatomhoz kötött szénatomot tartalmaz) ellentétes. Nagyon nehéz az oxidáció e két szélsőséges formáját előállítani a légkörben, élet nélkül. A szilárd bolygó óceánnal és több, mint 0,1% metánnal a légkörben potenciálisan lakható bolygónak tekinthető - mondják a tudósok. És ha a légköri metán eléri a legalább 1% -ot, akkor ebben az esetben a bolygó nem „potenciálisan”, hanem „valószínűleg” lakható.
Jim Casting, a Pennsylvaniai Egyetem légköri vegyésze szerint ezek az eredmények "a jó úton haladnak", bár "az a gondolat, hogy a metán egy anoxid atmoszférában lehet biológiai aláírás, viszonylag régi".
Ezenkívül Cutling és társszerzői kitalálták, hogyan kell megnyilvánulniuk a metán aláírásukkal, és hogyan lehet megkülönböztetni a nem élő forrásoktól. Modelleik szerint a szárazföldi típusú anoxikus bolygó légkörében a metánnak általában reagálnia kell még a levegőben lévő széndioxiddal, keveredni nitrogén- és vízgőzzel, és nehéz vegyületként esni. További számítások kimutatták, hogy egy szilárd bolygón nem egy abiotikus (azaz nem élő) metánforrás nem képes elegendő mennyiségű gázt előállítani, hogy zavarja ezt a folyamatot - legyen az vulkanikus gázszennyezés, a mélytengeri szellőzőnyílásokban zajló kémiai reakciók és akár az aszteroida esése. Csak a metán-étkezési baktériumok élő lakossága magyarázza a gázt. Ennél is fontosabb, még akkor is, ha az abiotikus források elegendő metánt biztosítanak,szinte elkerülhetetlenül sok szén-monoxidot termelnek, egy olyan gázt, amely mérgező az állatok számára, de sok mikrobát szereti. Az óceánnal rendelkező szilárd bolygón a metán és a szén-dioxid, szén-monoxid nélkül, jól értelmezhető az oxigénfüggetlen élet jeleként.
Ez jó hír a csillagászok számára. A James Webb teleszkóp küzd annak érdekében, hogy közvetlenül észlelje az oxigén jelenlétét minden potenciálisan lakható bolygón, amelyet küldetése során lát. Csakúgy, mint a szemed megkülönböztetni a látható fényt, de nem lát rádiót vagy röntgenfelvételeket, Webb látása az infravörös spektrumra van hangolva - a spektrum egy része, amely ideális az ősi csillagok és galaxisok tanulmányozására, de nem képes jól megbirkózni az oxigénelnyelési vonalakkal, ahol szétszórtak és ritkák … Egyes tudósok attól tartanak, hogy az élet keresését el kell halasztani, amíg más, alkalmasabb távcsövek nem állnak rendelkezésre. De bár Webb nem látja könnyedén az oxigént, infravörös szeme tökéletesen látja az oxigénmentes élet jeleit. A távcső képes egyidejűleg kimutatni a metánt,szén-dioxid és szén-monoxid néhány bolygó atmoszférájában, a vörös törpe csillagok közelében. Például a TRAPPIST-1 rendszerben.
Webb azonban valószínűleg nem ismeri el Cutling kritériumainak legfontosabb részét - az egyes gázok relatív mennyiségének meghatározását -, és például nem tudja megérteni, hogy a vulkánok vagy a fingó mikrobák termelnek metánt egy adott bolygón. Nem valószínű, hogy Webb talál egy anoxid bioszférát bármely vörös nap alatt lévő bolygón.
Egy másik dolog fontos. Az élet sokkal fontosabb, mint az oxigén.
Ilya Khel