Pre väčšinu druhov života vo vesmíre môže byť kyslík smrteľným jedom. Je to však kupodivu, čo môže astrobiológom výrazne uľahčiť hľadanie takéhoto života. Predstavte si, že sa dostávate do strojového času, ktorý dokáže cestovať nielen miliardy rokov, ale aj prekonať ľahké ciele vo vesmíre, a to všetko za účelom nájdenia života vo vesmíre. Ako by ste začali hľadať? Odporúčania vedcov vás môžu prekvapiť.
Spočiatku si môžete myslieť, že život môže byť ako známy život na Zemi: tráva, stromy, potulujúce zvieratá pri zavlažovacej diere pod modrou oblohou a žlté slnko. Ale toto je nesprávna myšlienka. Astronómovia, ktorí cenzurujú planéty Mliečnej dráhy, majú tendenciu veriť, že väčšina života vo vesmíre existuje na svetoch obiehajúcich okolo červených trpasličích hviezd, ktoré sú menšie, ale početnejšie ako hviezdy ako naše Slnko. Sčasti kvôli tomuto množstvu ich musia astronómovia pozorne študovať. Zoberme si napríklad červený trpaslík TRAPPIST-1, ktorý je vzdialený len 40 svetelných rokov. V roku 2017 astronómovia zistili, že okolo nej sa točí najmenej sedem planét podobných Zemi. Mnoho nových observatórií - vedených hviezdou NASA,pomocou vesmírneho teleskopu James Webb - od roku 2019 a bude schopný lepšie spoznať planéty systému TRAPPIST-1, ako aj mnoho ďalších planét blízko červených trpaslíkov pri hľadaní života.
Zatiaľ nikto nevie s istotou, čo nájdete, keď navštívite jeden z týchto podivných svetov vo vašom stroji pre vesmírny čas, ale ak planéta vyzerá ako Zem, je veľká šanca, že nájdete mikróby, a nie atraktívnu megafaunu. Štúdia, publikovaná 23. januára v Science Advances, demonštruje, čo by tento zvláštny fakt mohol znamenať pre hľadanie cudzincov. Jeden z autorov diela, David Cutling, atmosférický chemik na Washingtonskej univerzite v Seattli, nahliada do histórie našej planéty, aby v blízkej budúcnosti vyvinul nový recept na hľadanie jednobunkového života na vzdialených svetoch.
Väčšina dnešného života na Zemi je mikrobiálna a starostlivé čítanie fosílnych a geochemických údajov planéty ukazuje, že tomu tak vždy bolo. Organizmy, ako sú zvieratá a rastliny - a kyslík, ktorý tieto rastliny produkujú, aby dýchali u zvierat -, sú relatívne nové javy, ktoré sa objavili za posledných pol miliardy rokov. Pred tým, zo štyroch miliárd rokov histórie Zeme, naša planéta strávila prvé dve miliardy rokov v úlohe „bahnitého sveta“pod kontrolou mikróbov napájajúcich metán, pre ktorý kyslík nebol životodarným plynom, ale smrteľným jedom. Vývoj fotosyntetických cyanobaktérií určoval osud nasledujúcich dvoch miliárd rokov a „metanogénne“mikróby boli vyhnané na tmavé miesta, kde sa nemohol dostať kyslík - podzemné jaskyne, hlboké močiare a iné pochmúrne územia, v ktorých stále žijú. Cyanobaktérie postupne zafarbili našu planétu, pomaly naplnili atmosféru kyslíkom a položili základy moderného sveta. Ak by ste všetky tie roky navštívili našu planétu vo svojom stroji času, potom deväťkrát z desiatich by ste našli iba život jedného riasy s celými riasami a riskovali by ste aj dusenie vzduchom chudobným na kyslík.
To predstavuje výzvu pre vedcov, ktorí dúfajú, že na vyhľadávanie iných svetov života použijú teleskop Jamesa Webba (skôr ako stroj času). Molekuly v atmosfére planéty môžu absorbovať prechádzajúce svetlo z hviezd, čo vedie k výtlačkom svetla, ktoré môžu astronómovia detekovať. Množstvo kyslíka v atmosfére planéty je jedným z najviditeľnejších ukazovateľov možného života, pretože nie je ľahké ho bez biológie vytvoriť. Podľa astrobiológov môže byť týmto vysoko reaktívnym plynom „biosignature“, pretože vo vysokých koncentráciách „vybočuje z rovnováhy“so životným prostredím. Kyslík spravidla vypadáva zo vzduchu vo forme hrdze a iných oxidácií na kovoch a nezostáva v plynnom stave, takže ak je toho veľa, niečo - možno fotosyntetizujúci život - ho musí neustále doplňovať. Ale ak vezmeme príklad ako svoju planétu, astrobiológovia pripúšťajú, že kyslík môže byť to posledné, čo nájdu - genetika tvrdí, že zložitá fotosyntéza ako proces výroby kyslíka bol cyanobaktériami vynájdený ako neobvyklá evolučná inovácia, ktorá bola objavená iba raz v celej dlhej histórii Zeme. biosféra. Preto každý lovec života na iných planétach uvidí cez šošovku ďalekohľadu, pravdepodobne planétu bez kyslíka. Aké ďalšie biologické podpisy môže lovec hľadať?každý lovec života na iných planétach uvidí cez šošovku ďalekohľadu, pravdepodobne planétu bez kyslíka. Aké ďalšie biologické podpisy môže lovec hľadať?každý lovec života na iných planétach uvidí cez šošovku ďalekohľadu, pravdepodobne planétu bez kyslíka. Aké ďalšie biologické podpisy môže lovec hľadať?
V súčasnosti je najlepším spôsobom, ako nájsť odpoveď, vrátiť sa k nášmu stroju času. Len tentoraz to bude virtuálny počítačový model, ktorý sa ponorí do neprístupných hĺbok anoxickej minulosti Zeme (alebo súčasného cudzieho sveta) a skúma možnú chémiu plynov v atmosfére a oceáne, ktoré by sa mohli vyskytnúť. Použitím údajov zo starých hornín a iných modelov na výber najlepších predpokladov o chémii životného prostredia Zeme pred tromi miliardami rokov môže počítač vidieť zjavnú nerovnováhu - možné biosignatúry. V skutočnosti to urobil Cutling v spolupráci s Joshua Chrissansen-Totton a Stephanie Olson z Kalifornskej univerzity v Riverside.
Ich „stroj času“je numerická aproximácia obrovského množstva vzduchu zachyteného vo veľkej priehľadnej škatuľke s otvoreným oceánom na spodnej časti škatule; počítač jednoducho vypočíta, ako plyny v krabici budú reagovať a miešať sa v priebehu času. Nakoniec interagujúce plyny spotrebujú všetku „voľnú energiu“v kolónke a dosiahnu rovnováhu - keď reakcia vyžaduje dodatočnú energiu zvonka, ako keby bola sóda vyčerpaná. Porovnaním koktailu výfukových plynov s revitalizovanou zmesou pôvodne zamknutou v krabici môžu vedci presne vypočítať, ako a kedy bola svetová atmosféra v rovnováhe. Tento prístup by mohol reprodukovať najviditeľnejší príklad atmosférickej nerovnováhy, ktorú naša planéta má - prítomnosť kyslíka a stopy metánu. Jednoduché chémia ukazuježe tieto plyny by nemali existovať dlho, ale súčasne na Zemi, čo jasne ukazuje, že niečo na našej planéte dýcha a žije. Ale pre starú Zem bez kyslíka by model vykazoval úplne odlišné správanie.
„Náš výskum poskytuje odpoveď“na otázku, ako nájsť anoxický život na planéte podobnej Zemi, hovorí Cutling. Väčšina života je jednoduchá - ako mikróby - a väčšina planét sa ešte nedostala do štádia atmosféry bohatej na kyslík. Kombinácia pomerne veľkého množstva oxidu uhličitého a metánu (v neprítomnosti oxidu uhoľnatého) je biologickým podpisom tohto sveta.
Propagačné video:
Chrissansen-Totton podrobnejšie vysvetľuje: „Prítomnosť metánu a oxidu uhličitého v rovnakom čase je nezvyčajná, pretože oxid uhličitý je najviac oxidovaný stav uhlíka a metán (pozostávajúci z atómu uhlíka viazaného na štyri atómy vodíka) je opak. Je veľmi ťažké produkovať tieto dve extrémne formy oxidácie v atmosfére súčasne v neprítomnosti života. ““Vedci tvrdia, že pevná planéta s oceánom a viac ako 0,1% metánu v atmosfére by sa mala považovať za potenciálne obývateľnú planétu. A ak atmosférický metán dosiahne úroveň 1% alebo viac, potom v tomto prípade nebude planéta „potenciálne“, ale „s najväčšou pravdepodobnosťou“obývateľná.
Jim Casting, atmosférický chemik na Pensylvánskej univerzite, tvrdí, že tieto výsledky sú „na správnej ceste“, hoci „myšlienka, že metán môže byť biosignatúrou v anoxidnej atmosfére, je pomerne stará“.
Cutling a jeho spoluautéri okrem toho prišli na to, ako by sa mal prejavovať ich podpis metánu a ako ho odlíšiť od neživých zdrojov. Podľa ich modelu by mal metán v atmosfére anoxickej planéty suchozemského typu zvyčajne reagovať s oxidom uhličitým, ktorý je stále vo vzduchu, zmiešať s dusíkom a vodnou parou a zrážať sa ako ťažká zlúčenina. Ďalšie výpočty ukázali, že žiadne abiotické (tj neživé) zdroje metánu na tuhej planéte nebudú schopné produkovať dostatok plynu, aby zasahovali do tohto procesu - či už ide o znečistenie sopečným plynom, chemické reakcie v hlbinných prieduchoch a dokonca aj asteroidy. Plyn môže vysvetliť iba živá populácia baktérií júcich metán. Ešte dôležitejšie je, že aj keď abiotické zdroje poskytujú dostatok metánu,Takmer nevyhnutne budú produkovať veľa oxidu uhoľnatého, plynu, ktorý je jedovatý pre zvieratá, ale miluje ho veľa mikróbov. Spoločne možno metán a oxid uhličitý v neprítomnosti oxidu uhoľnatého na pevnej planéte s oceánom interpretovať ako znak života nezávislého od kyslíka.
Toto je dobrá správa pre astronómov. James Webb Telescope sa bude snažiť priamo zistiť prítomnosť kyslíka na akejkoľvek potenciálne obývateľnej planéte, ktorú vidí pri svojej misii. Rovnako ako vaše oči dokážu rozlíšiť viditeľné svetlo, ale nevidia rádio alebo röntgenové žiarenie, Webbova vízia je naladená na infračervené spektrum - časť spektra, ktorá je ideálna na štúdium starobylých hviezd a galaxií, ale nezvláda dobre absorpčné línie kyslíka, kde sú rozptýlené a zriedkavé … Niektorí vedci sa obávajú, že hľadanie života bude musieť byť odložené, až kým nebudú k dispozícii iné schopné teleskopy. Ale zatiaľ čo Webb nemôže ľahko vidieť kyslík, jeho infračervené oči môžu dokonale vidieť známky života bez kyslíka. Ďalekohľad je schopný súčasne zistiť metán,oxid uhličitý a oxid uhoľnatý v atmosfére niektorých planét v blízkosti červených trpasličích hviezd. Napríklad v systéme TRAPPIST-1.
Je však nepravdepodobné, že by Webb ovládal najdôležitejšiu časť Cutlingových kritérií - určoval relatívne množstvo každého plynu - a nedokáže pochopiť napríklad to, či sopky alebo prchavé mikroorganizmy produkujú metán na danej planéte. Je nepravdepodobné, že Webb nájde biosféru anoxidov na akejkoľvek planéte pod červeným slnkom.
Ďalšia vec je dôležitá. Život je dôležitejšie hľadať ako kyslík.
Ilja Khel