Lielākajai daļai Visuma dzīvības sugu skābeklis var būt nāvējoša inde. Bet dīvainā kārtā tas var ievērojami vienkāršot astrobiologu meklēšanu šādai dzīvei. Iedomājieties, ka jūs nokļūstat laika mašīnā, kas var ne tikai ceļot miljardiem gadu, bet arī pārvarēt gaismas mērķus kosmosā, lai atrastu dzīvību Visumā. Kā jūs sāktu meklēšanu? Zinātnieku ieteikumi var jūs pārsteigt.
Sākumā jūs varētu domāt, ka dzīve var būt tāda kā pazīstamā dzīve uz zemes: zāle, koki, dzīvnieki, kas apdullina pie laistīšanas atveres zem zilas debesis un dzeltenas saules. Bet tā ir nepareiza domāšanas līnija. Astronomi, cenzējot Piena Ceļa planētas, mēdz uzskatīt, ka lielākā daļa Visuma dzīves eksistē uz pasaulēm, kuras riņķo ap sarkanām punduru zvaigznēm, kuras ir mazākas, bet daudz vairāk nekā tādas zvaigznes kā mūsu Saule. Daļēji šīs pārpilnības dēļ astronomiem tie ir jāpēta ar lielu rūpību. Piemēram, sarkanais punduris TRAPPIST-1, kas atrodas tikai 40 gaismas gadu attālumā. 2017. gadā astronomi atklāja, ka ap to griežas vismaz septiņas Zemei līdzīgas planētas. Daudzi jauni novērošanas centri, kurus vada NASA zvaigzne,ar Džeimsa Veba kosmisko teleskopu - sākot ar 2019. gadu un varēs labāk iepazīt TRAPPIST-1 sistēmas planētas, kā arī daudzas citas planētas netālu no sarkanajiem punduriem, meklējot dzīvību.
Tikmēr neviens droši nezina, ko atradīsit, apmeklējot kādu no šīm dīvainajām pasaulēm savā kosmosa laika mašīnā, taču, ja planēta izskatās kā Zeme, pastāv liela varbūtība, ka jūs atradīsit mikrobus, nevis pievilcīgu megafaunu. Pētījums, kas publicēts 24. janvārī žurnālā Science Advances, parāda, ko šis kuriozais fakts varētu nozīmēt citplanētiešu meklējumos. Viens no darba autoriem Deivids Cutlings, atmosfēras ķīmiķis Vašingtonas Universitātē Sietlā, peering mūsu planētas vēsturē, lai tuvākajā nākotnē izstrādātu jaunu recepti vienšūnu dzīves meklēšanai tālās pasaulēs.
Mūsdienās lielākā daļa dzīves uz Zemes ir mikrobi, un rūpīga planētas fosilo un ģeoķīmisko datu lasīšana liecina, ka tas vienmēr ir bijis. Organismi, piemēram, dzīvnieki un augi, kā arī skābeklis, ko šie augi rada, lai tos ieelpotu, ir salīdzinoši jaunas parādības, kas parādījušās pēdējo pusmiljardu gadu laikā. Pirms tam no četriem miljardiem Zemes vēstures gadu mūsu planēta pirmos divus miljardus gadu pavadīja “dubļainās pasaules” lomā, kontrolējot mikrobus, kas barojas ar metānu, kuriem skābeklis nebija dzīvību radoša gāze, bet nāvējoša inde. Fotosintētisko zilaļģu attīstība noteica nākamo divu miljardu gadu likteni, un "metanogenie" mikrobi tika padzīti tumšās vietās, kur skābeklis nevarēja nokļūt - pazemes alās, dziļos purvos un citās drūmās teritorijās, kurās viņi joprojām dzīvo. Zilaļģes pakāpeniski apzaļumoja mūsu planētu, lēnām piepildīja atmosfēru ar skābekli un lika pamatus mūsdienu pasaulei. Ja visus šos gadus jūs apmeklētu mūsu planētu ar savu laika mašīnu, tad deviņas reizes no desmit jūs dzīvotu tikai vienas šūnas aļģes, kā arī jūs riskētu nosmakt skābekļa trūkuma gaisā.
Tas rada izaicinājumu zinātniekiem, kuri cer izmantot Džeimsa Veba teleskopu (nevis laika mašīnu), lai meklētu citas dzīves pasaules. Molekulas planētas atmosfērā var absorbēt no zvaigznēm pārvadīto gaismu, iegūstot gaismas izdrukas, kuras astronomi var atklāt. Skābekļa pārpilnība planētas atmosfērā ir viens no acīmredzamākajiem iespējamās dzīves rādītājiem, jo to nav ļoti viegli izveidot bez bioloģijas. Pēc astrobiologu domām, šī ļoti reaģējošā gāze var būt “bioparaksts”, jo augstā koncentrācijā tā “iziet ārpus līdzsvara” ar apkārtējo vidi. Skābeklis, kā likums, izkrīt no gaisa rūsas un citu metālu oksidāciju veidā un nepaliek gāzveida stāvoklī, tāpēc, ja to ir daudz, kaut kas - iespējams, dzīvi sintezējošs dzīvnieks - to pastāvīgi jāpapildina. Bet, ja jūs par piemēru ņemsit mūsu planētu, astrobiologi atzīst, ka skābeklis var būt pēdējā lieta, ko viņi atrod - ģenētika saka, ka komplekso fotosintēzi kā skābekļa ražošanas procesu zilaļģes izgudroja kā neparastu evolūcijas jauninājumu, kas tika atrasts tikai vienu reizi zemes ilgajā vēsturē. biosfēra. Līdz ar to jebkurš dzīvnieks, kas dzīvos uz citām planētām, redzēs caur teleskopa objektīvu, visticamāk, planētu, kas nesatur skābekli. Kādus citus biosarakstus var meklēt šāds mednieks?jebkurš citu planētu dzīvības mednieks redzēs caur teleskopa objektīvu, visticamāk, planētu, kas nesatur skābekli. Kādus citus biosarakstus var meklēt šāds mednieks?jebkurš citu planētu dzīvības mednieks redzēs caur teleskopa objektīvu, visticamāk, planētu, kas nesatur skābekli. Kādus citus biosarakstus var meklēt šāds mednieks?
Pašlaik labākais veids, kā atrast atbildi, ir atgriezties mūsu laika mašīnā. Tikai šoreiz tas būs virtuāls, datormodelis, kas ienirt Zemes (vai tagadējās svešās pasaules) anoksiskās pagātnes nepieejamā dziļumā, izpētot iespējamo gāzu ķīmiju atmosfērā un okeānā, kas varētu notikt. Izmantojot datus no veciem iežiem un citiem modeļiem, lai atlasītu labākos pieņēmumus par Zemes vides ķīmiju pirms trim miljardiem gadu, dators var redzēt acīmredzamu nelīdzsvarotību - iespējamos bioparakstus. Faktiski to izdarīja Cutlings, sadarbojoties ar Džošua Krissansenu-Kokvilnu un Stefaniju Olsonu no Kalifornijas Universitātes, Riversaidas.
Viņu "laika mašīna" ir skaitlisks tuvinājums milzīgam gaisa tilpumam, kas ieslodzīts lielā caurspīdīgā kastē ar atvērtu okeānu kastes pamatnē; dators vienkārši aprēķina, kā laika gaitā kārbā esošās gāzes reaģēs un sajauksies. Galu galā mijiedarbīgās gāzes patērē visu lodziņā esošo “brīvo enerģiju” un sasniedz līdzsvaru - kad reakcijai no ārpuses nepieciešama papildu enerģija, it kā soda būtu izsmelta. Salīdzinot izsmelto gāzu kokteili ar atjaunoto maisījumu, kas sākotnēji bija aizslēgts kastē, zinātnieki var precīzi aprēķināt, kā un kad pasaules atmosfēra bija līdzsvarā. Šī pieeja varētu reproducēt visredzamāko atmosfēras nelīdzsvarotības piemēru, kāds ir mūsu planētai - skābekļa klātbūtni un metāna pēdas. Vienkārši ķīmijas šovika šīm gāzēm nevajadzētu ilgi pastāvēt, bet tās uz Zemes pastāv līdzās, kas liek saprast, ka kaut kas uz mūsu planētas elpo un dzīvo. Bet senai Zemei bez skābekļa modelim būtu pilnīgi atšķirīga izturēšanās.
"Mūsu pētījums sniedz atbildi" uz jautājumu, kā atrast anoksisku dzīvību uz Zemei līdzīgas planētas, saka Cutlings. Dzīves lielākā daļa ir vienkārša, tāpat kā mikrobi, un vairums planētu vēl nav sasniegušas atmosfēru, kas bagāta ar skābekli. Relatīvi bagātīga oglekļa dioksīda un metāna kombinācija (ja nav oglekļa monoksīda) ir šādas pasaules biosignāls.
Reklāmas video:
Chrissansen-Totton paskaidro sīkāk: “Metāna un oglekļa dioksīda klātbūtne vienlaikus ir neparasta, jo oglekļa dioksīds ir visvairāk oksidētais oglekļa stāvoklis, un metāns (kas sastāv no oglekļa atoma, kas piesaistīts četriem ūdeņraža atomiem) ir pretējs. Ir ļoti grūti vienlaikus radīt šīs divas galējās oksidācijas formas atmosfērā, ja dzīvības nav. Cietā planēta ar okeānu un atmosfērā vairāk nekā 0,1% metāna būtu jāuzskata par potenciāli apdzīvojamu planētu, apgalvo zinātnieki. Un, ja atmosfēras metāna līmenis sasniedz 1% vai vairāk, tad šajā gadījumā planēta nebūs “potenciāli”, bet “visdrīzāk” apdzīvojama.
Pensilvānijas universitātes atmosfēras ķīmiķis Džims Kastings saka, ka šie rezultāti ir "uz pareizā ceļa", lai arī "ideja, ka metāns varētu būt biosaraksts anoksīda atmosfērā, ir salīdzinoši sena".
Turklāt Kērlings un viņa līdzautori izdomāja, kā vajadzētu izpausties viņu metāna parakstam un kā to atšķirt no nedzīviem avotiem. Saskaņā ar viņu modeli metānam sauszemes tipa anoksiskas planētas atmosfērā parasti vajadzētu reaģēt ar oglekļa dioksīdu, kas joprojām atrodas gaisā, sajaukties ar slāpekļa un ūdens tvaikiem un nokļūt kā smagam savienojumam. Turpmākie aprēķini parādīja, ka neviens abiotisks (tas ir, nedzīvs) metāna avots uz cietas planētas nespēs saražot pietiekami daudz gāzes, lai traucētu šim procesam - vai tas būtu vulkāniskās gāzes piesārņojums, ķīmiskās reakcijas dziļūdens atverēs un pat asteroīdu krišana. Tikai dzīvie metāna ēšanas baktēriju iedzīvotāji var izskaidrot gāzi. Vēl svarīgāk, pat ja abiotiskie avoti nodrošina pietiekami daudz metāna,tie gandrīz neizbēgami ražos daudz oglekļa monoksīda, gāzi, kas ir indīga dzīvniekiem, bet kuru mīl daudzi mikrobi. Kopā metānu un oglekļa dioksīdu, ja nav oglekļa monoksīda, uz cietas planētas ar okeānu varētu labi interpretēt kā no skābekļa neatkarīgas dzīves pazīmi.
Šī ir laba ziņa astronomiem. Džeimsa Veba teleskops centīsies tieši noteikt skābekļa klātbūtni uz jebkuras potenciāli apdzīvojamās planētas, ko tas redz savā misijā. Tāpat kā jūsu acis var atšķirt redzamo gaismu, bet nevar redzēt radio vai rentgena starus, Veba redze ir noregulēta uz infrasarkano spektru - spektra daļu, kas ir ideāli piemērota seno zvaigžņu un galaktiku pētīšanai, bet labi netiek galā ar skābekļa absorbcijas līnijām, kur tās ir izkliedētas un reti sastopamas. … Daži zinātnieki baidās, ka dzīves meklēšana būs jāatliek, līdz būs pieejami citi, spējīgāki teleskopi. Bet, lai gan Webb nevar viegli redzēt skābekli, viņa infrasarkanās acis var lieliski redzēt dzīvības pazīmes, kas nesatur skābekli. Teleskops spēj vienlaikus noteikt metānu,oglekļa dioksīds un oglekļa monoksīds dažu planētu atmosfērā netālu no sarkanajām punduru zvaigznēm. Piemēram, sistēmā TRAPPIST-1.
Tomēr maz ticams, ka Webb apgūs svarīgāko Cutlingu kritēriju daļu - katras gāzes relatīvā daudzuma noteikšanu - un nevar saprast, piemēram, vai vulkāni vai farting mikrobi rada metānu uz konkrētās planētas. Maz ticams, ka Webb atradīs anoksīda biosfēru uz jebkuras planētas zem sarkanas saules.
Svarīga ir vēl viena lieta. Dzīve ir daudz svarīgāka nekā skābeklis.
Iļja Khel