За повечето видове живот във Вселената кислородът може да бъде смъртоносна отрова. Но, колкото и да е странно, това може значително да опрости търсенето на такъв живот за астробиолозите. Представете си, че влизате във машина на времето, която може не само да пътува милиарди години, но и да преодолява леки цели в космическото пространство, всичко това, за да намерите живот във Вселената. Как бихте започнали търсенето? Препоръките на учените може да ви изненадат.
Отначало може да си помислите, че животът може да е като познатия живот на земята: трева, дървета, напукани животни на дупка за поливане под синьото небе и жълто слънце. Но това е грешната линия на мисълта. Астрономите, цензуриращи планетите по Млечния път, са склонни да вярват, че по-голямата част от живота във Вселената съществува на светове в орбита на червени звезди джудже, които са по-малки, но по-многобройни от звезди като нашето Слънце. Отчасти поради това изобилие, астрономите трябва да ги изучават с голямо старание. Вземете например червеното джудже TRAPPIST-1, което е само на 40 светлинни години. През 2017 г. астрономите откриха, че около седем планети, подобни на Земята, се въртят около него. Много нови обсерватории - ръководени от звезда на НАСА,с космическия телескоп Джеймс Уеб - започва през 2019 г. и ще може да опознае по-добре планетите от системата TRAPPIST-1, както и много други планети в близост до червени джуджета в търсене на живот.
Междувременно никой не знае със сигурност какво ще откриете, като посетите един от тези странни светове във вашата машина от време и време, но ако планетата прилича на Земята, шансовете са големи, че ще намерите микроби, а не привлекателна мегафауна. Изследването, публикувано на 24 януари в Science Advances, демонстрира какво може да означава този любопитен факт за търсенето на извънземни. Един от авторите на работата Дейвид Кътлинг, атмосферен химик от Университета на Вашингтон в Сиатъл, наднича в историята на нашата планета, за да разработи нова рецепта за намиране на едноклетъчен живот в далечни светове в близко бъдеще.
По-голямата част от живота на Земята днес е микробен и внимателното четене на изкопаемите и геохимичните данни на планетата показва, че това винаги е било така. Организми като животни и растения - и кислородът, който тези растения произвеждат, за да дишат животни - са сравнително нови явления, възникнали през последните половин милиард години. Преди това, от четири милиарда години от историята на Земята, нашата планета прекара първите два милиарда години в ролята на "кален свят" под контрола на микроби, които се хранят с метан, за който кислородът не беше животворящ газ, а смъртоносна отрова. Развитието на фотосинтетичните цианобактерии определи съдбата на следващите два милиарда години и „метаногенните“микроби бяха прогонени в тъмни места, където кислородът не можеше да попадне - подземни пещери, дълбоки блата и други мрачни територии, в които все още живеят. Цианобактериите постепенно озелениха нашата планета, бавно напълниха атмосферата й с кислород и положиха основите на съвременния свят. Ако сте посетили нашата планета във вашата машина на времето през всичките тези години, тогава девет пъти от десет бихте намерили само едноклетъчен живот на водорасли и също бихте рискували да се задушите в беден на кислород въздух.
Това представлява предизвикателство за учените, които се надяват да използват телескопа на Джеймс Уеб (а не машина на времето) за търсене на други светове от живота. Молекулите в атмосферата на планетата могат да абсорбират предавана светлина от звезди, което води до отпечатъци от светлина, които астрономите могат да открият. Изобилието от кислород в атмосферата на планетата е един от най-очевидните индикатори за възможен живот, защото не е много лесно да се създаде без биология. Според астробиолозите този силно реактивен газ може да бъде „биосигнатура“, тъй като при високи концентрации „излиза извън баланс“с околната среда. Кислородът по правило пада от въздуха под формата на ръжда и други окисления върху металите и не остава в газообразно състояние, така че ако има много от него, нещо - може би фотосинтезиращо живота - трябва постоянно да го допълва. Но ако вземете нашата планета за пример, астробиолозите признават, че кислородът може да е последното нещо, което откриват - генетиката казва, че сложната фотосинтеза като процес на производство на кислород е изобретена от цианобактериите като необичайно еволюционно нововъведение, което е открито само веднъж в цялата дълга история на Земята биосферата. Следователно всеки ловец за живот на други планети ще види през лещата на телескоп, най-вероятно, безкислородна планета. Какви други биосигнатури може да търси такъв ловец?всеки ловец за живот на други планети ще види през обектива на телескоп, най-вероятно безкислородна планета. Какви други биосигнатури може да търси такъв ловец?всеки ловец за живот на други планети ще види през обектива на телескоп, най-вероятно безкислородна планета. Какви други биосигнатури може да търси такъв ловец?
В момента най-добрият начин да намерите отговора е да се върнете към нашата машина на времето. Само този път той вече ще бъде виртуален, компютърен модел, който се потопява в непристъпните дълбочини на аноксичното минало на Земята (или на настоящия извънземен свят), изследвайки възможната химия на газовете в атмосферата и океана, които биха могли да се осъществят. Използвайки данни от стари скали и други модели, за да подбере най-добрите предположения за химията на околната среда на Земята преди три милиарда години, компютърът може да види очевидни дисбаланси - възможни биосигнатури. Всъщност, това направи Cutling, работейки с Джошуа Крисансен-Тотън и Стефани Олсън от Калифорнийския университет, Ривърсайд.
Тяхната „машина на времето“е числово приближение на огромен обем въздух, хванат в голяма прозрачна кутия с открит океан в основата на кутията; компютърът просто изчислява как газовете в кутията ще реагират и се смесват във времето. В крайна сметка взаимодействащите газове изразходват цялата „свободна енергия“в кутията и достигат до равновесие - когато реакцията изисква допълнителна енергия отвън, сякаш содата е изчерпана. Сравнявайки коктейл от изчерпани газове с ревитализираната смес, първоначално заключена в кутията, учените могат да изчислят точно как и кога световната атмосфера е била в равновесие. Този подход би могъл да възпроизведе най-очевидния пример за атмосферен дисбаланс, който има нашата планета - наличието на кислород и следи от метан. Простата химия показваче тези газове не трябва да съществуват дълго време, но съжителстват на Земята, от което става ясно, че нещо на нашата планета диша и живее. Но за древна Земя без кислород, моделът би проявил съвсем различно поведение.
„Нашето изследване дава отговор“на въпроса как да намерим аноксичен живот на подобна на Земята планета, казва Кътлинг. По-голямата част от живота е проста - като микробите - и повечето планети все още не са достигнали етапа на атмосферата, богата на кислород. Комбинацията от сравнително изобилен въглероден диоксид и метан (при липса на въглероден оксид) е биосигнатурата на такъв свят.
Промоционално видео:
Крисансен-Тотън обяснява по-подробно: „Присъствието на метан и въглероден диоксид едновременно е необичайно, тъй като въглеродният диоксид е най-окисленото състояние на въглерода, а метанът (състоящ се от въглероден атом, свързан с четири водородни атома) е обратното. Много е трудно да се произведат тези две крайни форми на окисляване в атмосферата едновременно при липса на живот. " Твърдата планета с океан и повече от 0,1% метан в атмосферата трябва да се счита за потенциално обитаема планета, казват учените. И ако атмосферният метан достигне ниво от 1% или повече, тогава в този случай планетата няма да бъде "потенциално", а "най-вероятно" обитаема.
Джим Кастинг, атмосферен химик от Университета в Пенсилвания, казва, че тези резултати са "на правилния път", въпреки че "идеята метанът да е биосигнатура в атмосфера на аноксид е сравнително стара".
Освен това Cutling и неговите съавтори измислиха как трябва да се проявява техният метанов подпис и как да го различат от неживите източници. Според техния модел метанът в атмосферата на аноксична планета от земния тип обикновено трябва да реагира с въглероден диоксид, който все още е във въздуха, да се смесва с азот и водна пара и да вали като тежко съединение. По-нататъшни изчисления показаха, че никакви абиотични (тоест неживи) източници на метан на твърда планета няма да могат да произвеждат достатъчно газ, за да пречат на този процес - било то замърсяване с вулканични газове, химически реакции в дълбоководни отвори и дори падане на астероид. Само жива популация от бактерии, които се хранят с метан, могат да обяснят газа. По-важното е, дори ако абиотичните източници осигуряват достатъчно количество метан,те почти неизбежно ще произведат много въглероден оксид, газ, който е отровен за животните, но обичан от много микроби. Заедно, метанът и въглеродният диоксид, при липса на въглероден оксид, на твърда планета с океан биха могли да се тълкуват като знак за живот, независим от кислород.
Това е добра новина за астрономите. Телескопът на Джеймс Уеб ще се бори за директно откриване на наличието на кислород на всяка потенциално обитаема планета, която вижда в своята мисия. Точно както очите ви могат да различават видимата светлина, но не могат да виждат радио или рентгенови лъчи, визията на Уеб се настройва на инфрачервения спектър - част от спектъра, който е идеален за изучаване на древни звезди и галактики, но не се справя добре с линиите на абсорбция на кислород, където те са разпръснати и рядко … Някои учени се опасяват, че търсенето на живот ще трябва да бъде отложено, докато не бъдат налични други, по-способни телескопи. Но докато Уеб не може да вижда кислорода с лекота, инфрачервените му очи могат перфектно да виждат признаци на живот без кислород. Телескопът е способен едновременно да открива метан,въглероден диоксид и въглероден оксид в атмосферите на някои планети в близост до звездите на червените джуджета. Например в системата TRAPPIST-1.
И все пак едва ли Уеб ще овладее най-важната част от критериите на Кътлинг - определяне на относителното количество на всеки газ - и не може да разбере например дали вулкани или пердащи микроби произвеждат метан на дадена планета. Малко вероятно е Уеб да намери биосфера на аноксид на всяка планета под червено слънце.
Друго нещо е важно. Животът е по-важно да се търси от кислорода.
Иля Кел