Vaizdo kreditas: NASA
Christopheris Chyba yra pagrindinis NASA Astrobiologijos instituto SETI instituto vadovaujančios grupės tyrėjas. Chyba anksčiau vadovavo SETI instituto Visatos gyvenimo studijų centrui. Jo NAI komanda vykdo platų tyrimų spektrą, nagrinėjant tiek gyvenimo pradžią Žemėje, tiek gyvybės galimybę kituose pasauliuose. Žurnalo „Astrobiology“ vyriausiasis redaktorius Henry Bortmanas neseniai kalbėjo su Chyba apie keletą jo komandos projektų, kuriuose bus tiriama deguonies kilmė ir reikšmė Žemės atmosferoje.
Astrobiologijos žurnalas: Daugelis projektų, kuriuos įgyvendins jūsų komandos nariai, yra susiję su deguonimi Žemės atmosferoje. Šiandien deguonis yra svarbus oro, kuriuo kvėpuojame, komponentas. Tačiau ankstyvoje Žemėje atmosferoje buvo labai mažai deguonies. Yra daug diskusijų apie tai, kaip ir kada planetos atmosfera tapo deguonimi. Ar galite paaiškinti, kaip jūsų komandos tyrimai kreipsis į šį klausimą?
Christopheris Chyba: Įprasta istorija, su kuria tikriausiai esate pažįstama, yra ta, kad įvykus deguonies fotosintezei, ankstyvojoje Žemėje buvo didžiulis biologinis deguonies šaltinis. Tai įprastas vaizdas. Tai gali būti teisinga, o dažniausiai tokio pobūdžio argumentai yra ne tai, ar vienas poveikis teisingas, ar ne. Tikriausiai daugelis efektų buvo aktyvūs. Kyla klausimas, koks buvo dominuojantis poveikis, ar buvo keli panašios svarbos efektai.
SETI instituto tyrėjas Friedemannas Freundas turi visiškai nebiologinę hipotezę apie deguonies padidėjimą, kuri turi tam tikrą eksperimentinę paramą iš jo atliktų laboratorinių darbų. Hipotezė yra ta, kad kai uolienos kietėja iš magmos, jose yra nedidelis vandens kiekis. Aušinimas ir vėlesnės reakcijos sukelia peroksidinių jungčių (susidedančių iš deguonies ir silicio atomų) ir molekulinio vandenilio susidarymą uolienose.
Vėliau, kai dumblinos uolienos yra ore, oksidinės jungtys sukuria vandenilio peroksidą, kuris skyla į vandenį ir deguonį. Taigi, jei tai yra teisinga, tiesiog nešvankios uolienos, veikiančios atmosferą, bus laisvo deguonies šaltinis. Ir jei jūs pažiūrėtumėte į kai kuriuos deguonies kiekius, kuriuos Friedemannas gali išlaisvinti iš uolienų gerai kontroliuojamose situacijose per savo pradinius eksperimentus, gali būti, kad tai buvo nemažas ir reikšmingas deguonies šaltinis ankstyvajame Žemėje.
Taigi, be fotosintezės, bet kuriame į Žemę panašiame pasaulyje gali būti natūralus deguonies šaltinis, turintis neveiklumą ir turintį skysto vandens. Tai leistų manyti, kad paviršiaus oksidacija gali įvykti taip, kaip jūs tikitės, nesvarbu, ar fotosintezė įvyks anksti, ar vėlai. (Be abejo, laikas taip pat priklauso nuo deguonies kriauklių.) Pabrėžiu, kad šiuo metu viskas yra hipotezė, kad tyrimas turėtų būti daug atidesnis. Iki šiol Friedemannas darė tik bandomuosius eksperimentus.
Vienas iš įdomių Friedemanno idėjos dalykų yra tas, kad, jo manymu, planetose gali būti svarbus deguonies šaltinis, visiškai nepriklausomas nuo biologinės evoliucijos. Taigi gali būti natūralus pasaulio paviršiaus oksidacijos variklis, turintis visas iš to kylančias evoliucijos pasekmes. O gal ne. Esmė yra padaryti darbą ir sužinoti.
Kitas jo darbo komponentas, kurį Friedemannas darys kartu su NASA Ames tyrimų centro mikrobiolologu Lynnu Rothschildu, susijęs su šiuo klausimu, ar aplinkoje, susijusioje su atšalusiais nešiojamaisiais uolienomis ir deguonies gamyba, galėjote sukurti tokią mikroaplinką, kuri būtų leidę tam tikriems mikroorganizmams, gyvenantiems toje aplinkoje, iš anksto prisitaikyti prie deguonies turinčios aplinkos. Jie bandys išspręsti šį klausimą su mikroorganizmais.
ESU: Emma Banks nagrinės cheminę sąveiką Saturno mėnulio Titano atmosferoje. Kaip tai siejasi su deguonies supratimu ankstyvoje Žemėje?
CC: Emma žvelgia į kitą abiotinį būdą, kuris gali būti svarbus oksiduojant pasaulio paviršių. Emma kuria cheminius skaičiavimo modelius iki pat kvantinio mechaninio lygio. Ji juos daro daugeliu atvejų, tačiau tai, kas svarbu šiam pasiūlymui, yra susijusi su miglos formavimu.
Priklausomai nuo jūsų ankstyvosios žemės atmosferos modelio, „Titan“ ir galbūt ir ankstyvojoje žemėje viršutinėje atmosferoje vyksta metano polimerizacija (metano molekulių jungimas į didesnes angliavandenilių grandinės molekules). Titano atmosferoje yra keli procentai metano; beveik visa kita yra molekulinis azotas. Jį bombarduoja ultravioletinė saulės šviesa. Jis taip pat bombarduojamas iš Saturno magnetosferos įkrautų dalelių. Dėl to, veikdamas metaną, CH4, metanas suskaidomas ir polimerizuojamas į ilgesnių grandinių angliavandenilius.
Jei pradėsite polimerizuoti metaną į ilgesnes ir ilgesnes anglies grandines, kiekvieną kartą pridėdami kitą anglį ant grandinės, turėsite atsikratyti šiek tiek vandenilio. Pavyzdžiui, norėdami pereiti iš CH4 (metano) į C2H6 (etaną), turite atsikratyti dviejų vandenilių. Vandenilis yra ypač lengvas atomas. Net jei jis sukuria H2, tai yra ypač lengva molekulė ir ji prarandama Titano atmosferos viršuje, lygiai taip pat, kaip ji pasimeta Žemės atmosferos viršuje. Jei pašalinsite vandenilį iš atmosferos viršutinės dalies, grynasis poveikis bus paviršiaus oksidacija. Taigi tai yra dar vienas būdas, kuris suteikia grynąją pasaulio paviršiaus oksidaciją.
Emmai tai labiausiai rūpi atsižvelgiant į tai, kas vyksta Titane. Bet ji taip pat gali būti aktuali kaip tam tikras pasaulinis oksidacijos mechanizmas ankstyvajai Žemei. Atnešdama azotą į nuotrauką, ji domisi galimomis aminorūgštimis, susidarančiomis esant šioms sąlygoms.
ESU: Viena iš paslapčių apie ankstyvą gyvenimą Žemėje yra tai, kaip ji išgyveno žalingą ultravioletinės (UV) spinduliuotės poveikį, kol atmosferoje nebuvo pakankamai deguonies, kad būtų aprūpintas ozono skydas. Janice Bishop, Nathalie Cabrol ir Edmond Grin, kurie visi yra kartu su SETI institutu, tyrinėja kai kurias iš šių strategijų.
CC: Ir ten yra daugybė galimų strategijų. Vienas jų yra pakankamai giliai po paviršiumi, nesvarbu, ar jūs kalbate apie sausumą, ar jūrą, kad būtumėte visiškai ekranuoti. Dar viena priemonė turi būti apsaugota mineralų, esančių pačiame vandenyje. Janice ir Lynn Rothschild dirba prie projekto, kurio metu tiriamas geležies oksido mineralų vaidmuo vandenyje kaip savotiškas UV skydas.
Nesant deguonies, geležis vandenyje būtų kaip geležies oksidas. (Kai turite daugiau deguonies, geležis toliau oksiduojasi; ji pasidaro geležinė ir iškrenta.) Geležies oksidas potencialiai galėjo atlikti ultravioletinio skydo vaidmenį ankstyvuosiuose vandenynuose arba ankstyvuose tvenkiniuose ar ežeruose. Norint ištirti, koks jis yra potencialus UV skydas, reikia atlikti keletą matavimų, įskaitant matavimus natūralioje aplinkoje, pavyzdžiui, Jeloustouno mieste. Dar kartą yra mikrobiologinis kūrinio komponentas, kuriame dalyvauja Linas.
Tai susiję su Nathalie Cabrol ir Edmond Grin vykdomu projektu, žiūrint iš kitos perspektyvos. Nathalie ir Edmondas labai domisi Marsu. Jie abu yra „Mars Exploration Rover“ mokslo komandoje. Be savo Marso darbo, Nathalie ir Edmond tyrinėja aplinką Žemėje kaip Marso analogines vietas. Viena iš jų tyrimų temų yra išgyvenimo aukštoje UV aplinkoje strategijos. Licancabur mieste (einantis pasibaigęs Andų ugnikalnis) yra ežeras, kurio aukštis yra šeši kilometrai. Dabar mes žinome, kad tame ežere gyvena mikroskopai. Ir mes norėtume sužinoti, kokios yra jos strategijos išgyventi ten, kur aplinka veikia stiprų ultravioletinį spindulį? Ir tai yra kitoks, labai empirinis būdas išspręsti šį klausimą apie tai, kaip gyvybė išgyveno ankstyvojoje Žemėje esant stipriai ultravioletiniams spinduliams.
Visi šie keturi projektai yra susiję, nes jie yra susiję su deguonies padidėjimu ankstyvoje Žemėje, kaip organizmai išgyveno, kol atmosferoje nebuvo daug deguonies, ir kaip visa tai siejasi su Marsu.
Originalus šaltinis: žurnalas „Astrobiology“
