Enamiku universumis elavate liikide jaoks võib hapnik olla surmav mürk. Kuid kummalisel kombel võib see märkimisväärselt lihtsustada astrobioloogide jaoks sellise elu otsimist. Kujutage ette, et te satute ajamasinasse, mis ei suuda mitte ainult reisida miljardeid aastaid, vaid ka ületada kosmose kergeid eesmärke - seda kõike selleks, et leida elu universumis. Kuidas te otsingut alustaksite? Teadlaste soovitused võivad teid üllatada.
Alguses võiksite arvata, et elu võib sarnaneda tuttava eluga maa peal: rohi, puud, loomade hõõrumine sinise taeva all jootmise augus ja kollane päike. Kuid see on vale mõtteliin. Linnuteel planeete tsenseerivad astronoomid kipuvad uskuma, et suurem osa elust universumis eksisteerib maailmades, mis tiirlevad ümber punaste kääbustähtede, mis on väiksemad, kuid arvukamad kui sellised tähed nagu meie Päike. Osalt selle arvukuse tõttu peavad astronoomid neid uurima väga hoolikalt. Võtame näiteks punase kääbuse TRAPPIST-1, mis asub vaid 40 valgusaasta kaugusel. 2017. aastal avastasid astronoomid, et selle ümber keerleb vähemalt seitse Maa-sugust planeeti. Paljud uued vaatluskeskused - NASA tähe juhtimisel -koos James Webbi kosmoseteleskoobiga - alates 2019. aastast ja saab elu tundmaõppimisel paremini teada süsteemi TRAPPIST-1 planeetidest, aga ka paljudest teistest punaste kääbuste lähedal asuvatest planeetidest.
Vahepeal ei tea keegi kindlalt, mida te leiate, kui külastate mõnda neist kummalistest maailmadest oma kosmose-aja masinas, kuid kui planeet näeb välja nagu Maa, on tõenäoline, et leiate mikroobid, mitte aga atraktiivse megafauna. Ajakirjas Science Advances 24. jaanuaril avaldatud uuring näitab, mida see uudishimulik fakt välismaalaste otsimisel tähendada võiks. Töö üks autoritest, Seattle'is asuva Washingtoni ülikooli atmosfääri keemik David Cutling pöördub meie planeedi ajalukku, et töötada lähitulevikus välja uus retsept üherakuliste elude otsimiseks kaugetest maailmadest.
Suurem osa elust Maal on tänapäeval mikroobid ning planeedi fossiilide ja geokeemiliste andmete hoolikas lugemine näitab, et see on alati nii olnud. Sellised organismid nagu loomad ja taimed ning hapnik, mida need taimed loomade hingamiseks tekitavad, on suhteliselt uued nähtused, mis on tekkinud viimase poole miljardi aasta jooksul. Enne seda, nelja miljardi maa-aastase ajaloo jooksul, veetis meie planeet esimesed kaks miljardit aastat "mudase maailma" rollis metaani toitvate mikroobide kontrolli all, mille jaoks hapnik polnud elutöötav gaas, vaid surmav mürk. Fotosünteetiliste sinivetikate areng määras järgmise kahe miljardi aasta saatuse ja "metanogeensed" mikroobid viidi pimedatesse kohtadesse, kuhu hapnik ei pääsenud - maa-alustesse koobastesse, sügavatesse sood ja muudesse süngetesse piirkondadesse, kus nad veel elavad. Sinivetikad rohetasid meie planeedi järk-järgult, täitsid atmosfääri aeglaselt hapnikuga ja panid aluse tänapäevasele maailmale. Kui külastaksite kõiki neid aastaid oma ajamasinas meie planeedil, leiaksite üheksa korda kümnest ainult üherakuliste vetikate elu ja riskite ka lämbuda hapnikuvaeses õhus.
See on väljakutse teadlastele, kes loodavad kasutada James Webbi teleskoopi (mitte ajamasinat) teiste elumaailmade otsimiseks. Planeedi atmosfääris olevad molekulid võivad neelata tähtedelt edastatud valgust, mille tulemuseks on valguse jäljed, mida astronoomid saavad tuvastada. Hapniku arvukus planeedi atmosfääris on võimaliku elu üks ilmsematest näitajatest, sest ilma bioloogiata pole seda väga lihtne luua. Astrobioloogide sõnul võib see väga reageeriv gaas olla "biosignatuur", kuna suurtes kontsentratsioonides "läheb see keskkonnaga tasakaalust välja". Hapnik kukub reeglina õhust rooste ja metallide muude oksüdeerumiste kujul ega jää gaasilises olekusse, nii et kui seda on palju, peab miski - võib-olla elu fotosünteesiv - seda pidevalt täiendama. Kui aga võtta näitena meie planeeti, möönavad astrobioloogid, et hapnik võib olla viimane asi, mille nad leiavad - geneetika sõnul leiutasid tsüanobakterid keeruka fotosünteesi hapniku tootmise protsessis ebahariliku evolutsioonilise uuendusena, mida leiti vaid üks kord kogu maa pika ajaloo jooksul biosfäär. Järelikult näeb iga jahimees teistel planeetidel läbi teleskoobi läätse, tõenäoliselt hapnikuvaba planeedi. Milliseid muid biosignatuure võib selline jahimees otsida?iga jahimees teistel planeetidel näeb läbi teleskoobi läätse, tõenäoliselt hapnikuvaba planeedi. Milliseid muid biosignatuure võib selline jahimees otsida?iga jahimees teistel planeetidel näeb läbi teleskoobi läätse, tõenäoliselt hapnikuvaba planeedi. Milliseid muid biosignatuure võib selline jahimees otsida?
Praegu on parim viis vastuse leidmiseks pöörduda tagasi meie ajamasina juurde. Ainult seekord saab sellest juba virtuaalne arvutimudel, mis sukeldub Maa (või praeguse tulnukate maailma) anoksilise mineviku ligipääsmatutesse sügavustesse, uurides atmosfääri ja ookeani gaaside võimalikku keemiat, mis võiks aset leida. Kasutades vanade kivimite ja muude mudelite andmeid, et valida parimad eeldused Maa keskkonna keemilisuse kohta kolm miljardit aastat tagasi, näeb arvuti nähtavat tasakaalustamatust - võimalikke biosignatuure. Tegelikult tegi seda Cutling, tehes koostööd Joshua Chrissansen-Totton'i ja Stephanie Olsoniga California ülikoolist Riverside'is.
Nende "ajamasin" on numbriline lähenemine tohutule õhuhulgale, mis on lõksus suures läbipaistvas kastis, mille karbi põhjas on avatud ookean; arvuti lihtsalt arvutab välja, kuidas karbis olevad gaasid aja jooksul reageerivad ja segunevad. Lõppkokkuvõttes kulutavad interakteeruvad gaasid kogu karbis oleva "vaba energia" ja jõuavad tasakaaluni - kui reaktsioon nõuab väljastpoolt lisaenergiat, justkui oleks sooda ammendatud. Võrreldes ammendatud gaaside kokteili taaselustatud seguga, mis algselt oli lukustatud kasti, saavad teadlased täpselt arvutada, kuidas ja millal oli maailma atmosfäär tasakaalus. See lähenemisviis võib korrata kõige ilmsemat atmosfääri tasakaalustamatuse näidet, mis meie planeedil on - hapniku olemasolu ja metaani jälgi. Lihtne keemia näitabet need gaasid ei tohiks pikka aega koos eksisteerida, vaid eksisteerivad Maal koos, mis teeb selgeks, et midagi meie planeedil hingab ja elab. Kuid hapnikuvaba iidse Maa korral käituks mudel täiesti erinevalt.
"Meie uuringud pakuvad vastust" küsimusele, kuidas leida Maa-sarnaselt planeedilt anoksilist elu, ütleb Cutling. Suurem osa elust on lihtne - nagu mikroobid - ja enamik planeete pole veel jõudnud hapnikurikka atmosfääri staadiumisse. Suhteliselt rikkaliku süsinikdioksiidi ja metaani kombinatsioon (vingugaasi puudumisel) on sellise maailma biosignatuur.
Reklaamvideo:
Chrissansen-Totton selgitab üksikasjalikumalt: „Metaani ja süsinikdioksiidi esinemine samal ajal on ebatavaline, kuna süsinikdioksiid on süsiniku kõige oksüdeeritum seisund ja metaan (koosneb nelja vesinikuaatomiga seotud süsinikuaatomist) on vastupidine. Neid kahte äärmuslikku oksüdatsiooni vormi atmosfääris on väga keeruline toota ilma eluta. Tahke planeet, kus on ookean ja atmosfääris on rohkem kui 0,1% metaani, tuleks pidada potentsiaalselt elamiskõlblikuks planeediks, väidavad teadlased. Ja kui atmosfääri metaan jõuab tasemeni 1% või rohkem, siis pole planeet sellisel juhul „potentsiaalselt”, vaid „kõige tõenäolisemalt” asustatav.
Pennsylvania ülikooli atmosfääri keemik Jim Casting väidab, et need tulemused on "õigel teel", ehkki "mõte, et metaan võiks anoksiidi atmosfääris olla biosignatuur, on suhteliselt vana".
Lisaks mõistsid Cutling ja tema kaasautorid, kuidas nende metaani signatuur peaks avalduma ja kuidas eristada seda elututest allikatest. Nende mudeli kohaselt peaks metaan maapealse tüüpi anoksilise planeedi atmosfääris reageerima tavaliselt veel õhus oleva süsinikdioksiidiga, segunema lämmastiku ja veeauruga ning vihma heitma kui raske ühend. Edasised arvutused näitasid, et ükski abiootilistest (see tähendab elututest) metaani allikatest tahkel planeedil ei ole võimalik toota piisavalt gaasi, et seda protsessi häirida - olgu selleks siis vulkaanilise gaasi reostus, keemilised reaktsioonid süvamere tuulutusavades ja isegi asteroidi kukkumised. Gaasi saab seletada ainult metaani söövate bakterite elav elanikkond. Mis veelgi olulisem, isegi kui abiootilised allikad pakuvad piisavalt metaani,nad toodavad peaaegu vältimatult palju vingugaasi, gaasi, mis on loomadele mürgine, kuid mida armastavad paljud mikroobid. Metaani ja süsinikdioksiidi võib süsinikmonooksiidi puudumisel ookeaniga tahkel planeedil tõlgendada hästi hapnikust sõltumatu elu märgiks.
See on hea uudis astronoomidele. James Webbi teleskoop näeb kõvasti vaeva hapniku olemasolu tuvastamiseks kõigil potentsiaalselt asustatavatel planeetidel, mida ta oma missioonil näeb. Nii nagu teie silmad suudavad eristada nähtavat valgust, kuid ei näe raadio- ega röntgenikiirgust, on Webbi nägemine häälestatud infrapunaspektrile - spektri osale, mis sobib ideaalselt iidsete tähtede ja galaktikate uurimiseks, kuid ei tule hästi toime hapniku neeldumisjoontega, kus need on hajutatud ja haruldased. … Mõned teadlased kardavad, et elu otsimine tuleb edasi lükata, kuni saadaval on veel teisi, võimekamaid teleskoope. Kuid kuigi Webb ei näe hapnikku hõlpsalt, näevad tema infrapunasilmad suurepäraselt hapnikuvaba elu märke. Teleskoop on võimeline samaaegselt tuvastama metaani,süsinikdioksiid ja vingugaas mõnede planeetide atmosfääris punaste kääbustähtede lähedal. Näiteks süsteemis TRAPPIST-1.
Ometi ei suuda Webb tõenäoliselt Cutlingi kriteeriumide kõige olulisemat osa - iga gaasi suhtelise koguse kindlaksmääramist - omandada ega saa näiteks aru, kas vulkaanid või läbilõikavad mikroobid toodavad metaani antud planeedil. On ebatõenäoline, et Webb leiab anaksiidi biosfääri ükskõik milliselt planeedilt punase päikese all.
Teine asi on oluline. Elu on olulisem otsida kui hapnikku.
Ilja Khel
