Za većinu vrsta života u svemiru kisik može biti smrtonosni otrov. No, začudo, astrobiolozi mogu značajno pojednostaviti potragu za takvim životom. Zamislite da uđete u vremenski stroj koji ne samo da može putovati milijarde godina, već i prevladati svjetlosne ciljeve u svemiru, a sve u cilju pronalaska života u svemiru. Kako biste započeli svoju potragu? Preporuke znanstvenika mogu vas iznenaditi.
U početku biste mogli pomisliti da je život poput poznatog života na zemlji: trava, drveće, lupkanje životinja uz rupu za zalijevanje pod plavim nebom i žuto sunce. Ali ovo je pogrešna misaona linija. Astronomi koji cenzuriraju planete na Mliječnom putu skloni su vjerovanju da veći dio života u svemiru postoji na svjetovima koji okružuju crvene patuljaste zvijezde koje su manje, ali brojnije od zvijezda poput našeg Sunca. Djelomično zbog ovog obilja, astronomi ih moraju proučavati s velikom marljivošću. Uzmimo za primjer crvenog patuljka TRAPPIST-1 koji je udaljen samo 40 svjetlosnih godina. 2017. astronomi su otkrili da se oko njega vrti najmanje sedam planeta nalik Zemlji. Mnogo novih opservatorija - na čelu sa zvijezdom NASA-e,s James Webb svemirskim teleskopom - počevši od 2019. godine i moći će bolje upoznati planete sustava TRAPPIST-1, kao i mnoge druge planete u blizini crvenih patuljaka u potrazi za životom.
U međuvremenu, nitko ne zna sigurno što ćete pronaći ako posjetite jedan od tih čudnih svjetova u svom prostorno-vremenskom stroju, ali ako planet izgleda kao Zemlja, velike su šanse da ćete pronaći mikrobe, a ne atraktivnu megafaunu. Studija, objavljena 24. januara u časopisu Science Advances, pokazuje što bi ta znatiželjna činjenica mogla značiti za potragu za vanzemaljcima. Jedan od autora djela, David Cutling, kemičar atmosfere sa Sveučilišta u Washingtonu u Seattleu, zaviruje u povijest našeg planeta kako bi u skoroj budućnosti razvio novi recept za traženje jednoceličnog života na dalekim svjetovima.
Većina života na Zemlji danas je mikrobna, a pomno čitanje fosilnih i geokemijskih podataka planeta pokazuje da je to uvijek bilo tako. Organizmi poput životinja i biljaka - i kisik koji ove biljke proizvode da udišu životinje - relativno su novi fenomeni koji su se pojavili u posljednjih pola milijarde godina. Prije toga, od četiri milijarde godina Zemljine povijesti, naš je planet proveo prve dvije milijarde godina u ulozi "mutnog svijeta" pod kontrolom mikroba koji se hrane metanom, za koji kisik nije bio životni plin, već smrtonosni otrov. Razvoj fotosintetskih cijanobakterija odredio je sudbinu u naredne dvije milijarde godina, a „metanogeni“mikrobi odvezeni su u tamna mjesta gdje kisik ne može doći - podzemne pećine, duboke močvare i druga tmurna područja na kojima još uvijek žive. Cijanobakterije su postupno ozelenjivale naš planet, polako su ispunili njegovu atmosferu kisikom i postavili temelje modernom svijetu. Ako ste svih ovih godina posjetili naš planet u svom vremenskom stroju, tada biste devet od deset pronašli samo život jednoćelijskih algi i riskirali biste se ugušiti u zraku siromašnom kisikom.
Ovo predstavlja izazov za znanstvenike koji se nadaju da će James Webb teleskop (a ne vremenski stroj) koristiti za traženje drugih svjetova života. Molekule u atmosferi planeta mogu apsorbirati prenesenu svjetlost od zvijezda, što rezultira otiscima svjetlosti koje astronomi mogu otkriti. Obilje kisika u atmosferi planeta jedan je od najočitijih pokazatelja mogućeg života, jer ga nije lako stvoriti bez biologije. Prema astrobiolozima, ovaj visoko reaktivni plin može biti "biosignatura", jer u visokim koncentracijama "izlazi iz ravnoteže" s okolinom. Kisik u pravilu ispada iz zraka u obliku hrđe i drugih oksidacija metala i ne ostaje u plinovitom stanju, pa ako ga ima puno, nešto ga - možda fotosintezizirajući život - mora stalno nadopunjavati. Ali ako uzmete našu planetu kao primjer, astrobiolozi priznaju da je kisik možda posljednja stvar koju pronađu - genetika kaže da su složenu fotosintezu kao proces proizvodnje kisika izmislile cijanobakterije kao neobičnu evolucijsku inovaciju koja je pronađena samo jednom tijekom duge povijesti Zemlje biosfera. Slijedom toga, svaki lovac za život na drugim planetima vidjet će kroz objektiv teleskopa, najvjerojatnije, planet bez kisika. Koje druge biosignare takav lovac može potražiti?bilo koji lovac za život na drugim planetima vidjet će kroz objektiv teleskopa, najvjerojatnije planet bez kisika. Koje druge biosignare takav lovac može potražiti?bilo koji lovac za život na drugim planetima vidjet će kroz objektiv teleskopa, najvjerojatnije planet bez kisika. Koje druge biosignare takav lovac može potražiti?
Trenutno je najbolji način da se pronađe odgovor vratiti se našem vremenskom stroju. Samo će ovaj put biti već virtualni, računalni model koji se uranja u nepristupačne dubine anoksične prošlosti Zemlje (ili sadašnjeg izvanzemaljskog svijeta), istražujući moguću kemiju plinova u atmosferi i oceanu koja bi se mogla dogoditi. Korištenjem podataka iz starih stijena i drugih modela za odabir najboljih pretpostavki o kemiji Zemljine okoline prije tri milijarde godina, računalo može uočiti očite neravnoteže - moguće biosignature. Zapravo, to je Cutling radio, radeći s Joshua Chrissansen-Totton i Stephanie Olson sa kalifornijskog sveučilišta u Riversideu.
Njihov "vremeplov" numerička je aproksimacija ogromne količine zraka zarobljene u velikoj prozirnoj kutiji s otvorenim oceanom na dnu kutije; računalo jednostavno izračunava kako će plinovi u kutiji tijekom vremena reagirati i miješati se. Konačno, interaktivni plinovi troše svu "slobodnu energiju" u kutiji i postižu ravnotežu - kad reakcija zahtijeva dodatnu energiju izvana, kao da se soda iscrpila. Uspoređujući koktel iscrpljenih plinova s revitaliziranom smjesom koja je izvorno zaključana u kutiji, znanstvenici mogu točno izračunati kako i kada je svjetska atmosfera bila u ravnoteži. Ovaj pristup mogao bi reproducirati najočitiji primjer atmosferske neravnoteže koju naš planet ima - prisutnost kisika i tragovi metana. Jednostavne emisije iz kemijeda ti plinovi ne bi trebali dugo postojati, ali koegzistiraju na Zemlji, što daje do znanja da nešto na našem planetu diše i živi. No, za drevnu Zemlju bez kisika model bi pokazao potpuno drugačije ponašanje.
"Naše istraživanje daje odgovor" na pitanje kako pronaći anoksični život na planeti poput Zemlje, kaže Cutling. Veći dio života je jednostavan - poput mikroba - a većina planeta još nije dostigla fazu atmosfere bogate kisikom. Kombinacija relativno obilnog ugljičnog dioksida i metana (u nedostatku ugljičnog monoksida) biosignat je takvog svijeta.
Promotivni video:
Chrissansen-Totton detaljnije objašnjava: „Prisutnost metana i ugljičnog dioksida istovremeno je neobična, jer je ugljični dioksid najviše oksidirano stanje ugljika, a metan (koji se sastoji od ugljikovog atoma vezanog na četiri atoma vodika) je suprotno. Vrlo je teško stvoriti ta dva ekstremna oblika oksidacije u atmosferi istovremeno u nedostatku života. " Čvrsti planet s oceanom i više od 0,1% metana u atmosferi trebao bi se smatrati potencijalno naseljenim planetom, kažu znanstvenici. A ako atmosferski metan dosegne razinu od 1% ili više, onda u ovom slučaju planeta neće biti "potencijalno", već "najvjerojatnije" useljiva.
Jim Casting, kemičar atmosfere sa Sveučilišta u Pennsylvaniji, kaže kako su ovi rezultati "na dobrom putu", iako je "ideja da bi metan mogao biti biosignatura u atmosferi s oksidom relativno stara."
Osim toga, Cutling i njegovi koautori smislili su kako se njihov metan potpis treba očitovati i kako ga razlikovati od neživih izvora. Prema njihovom modelu, metan u atmosferi anoksičnog planeta zemaljskog tipa obično bi trebao reagirati s ugljičnim dioksidom koji je još uvijek u zraku, miješati se s dušikom i vodenom parom i padati kiša kao težak spoj. Daljnja izračuna pokazala su da nijedan abiotski (to jest, neživi) izvor metana na čvrstom planetu neće biti u stanju proizvesti dovoljno plina da se miješa u taj proces - bilo da je to vulkansko zagađenje plinovima, kemijske reakcije u otvorima za duboko more, pa čak i pad asteroida. Samo živa populacija bakterija koje jedu metan mogu objasniti plin. Još važnije, čak i ako abiotski izvori daju dovoljno metana,gotovo neizbježno će proizvoditi puno ugljičnog monoksida, plina koji je otrovan za životinje, ali vole ga mnogi mikrobi. Metan i ugljični dioksid, zajedno s nedostatkom ugljičnog monoksida, na čvrstom planetu s oceanom dobro bi se mogli protumačiti kao znak života neovisnog o kisiku.
Ovo je dobra vijest za astronome. Teleskop James Webb borit će se da izravno otkrije prisustvo kisika na bilo kojem potencijalno naseljenom planetu koji vidi u svojoj misiji. Kao što vaše oči mogu razlikovati vidljivu svjetlost, ali ne mogu vidjeti radio ili X-zrake, tako je i Webbova vizija prilagođena infracrvenom spektru - dijelu spektra koji je idealan za proučavanje drevnih zvijezda i galaksija, ali ne nosi se dobro s linijama apsorpcije kisika gdje su raštrkane i rijetke … Neki se znanstvenici boje da će potragu za životom morati odgoditi dok ne budu dostupni drugi, sposobniji teleskopi. No dok Webb ne može vidjeti kiseonik s lakoćom, njegove infracrvene oči savršeno mogu vidjeti znakove života bez kisika. Teleskop je sposoban istovremeno otkrivati metan,ugljični dioksid i ugljični monoksid u atmosferi nekih planeta u blizini zvijezda crvenih patuljaka. Na primjer, u sustavu TRAPPIST-1.
Pa ipak, Webb vjerojatno neće savladati najvažniji dio Cutlingovih kriterija - određivanje relativne količine svakog plina - i ne može, primjerice, shvatiti da li vulkani ili prsni mikrobi proizvode metan na određenoj planeti. Malo je vjerojatno da će Webb naći biosferu anoksida na bilo kojem planetu pod crvenim suncem.
Još je jedna stvar bitna. Život je važnije tražiti nego kisik.
Ilya Khel