Satu carian resipi baru kehidupan di luar bumi

Bagi kebanyakan spesies hidupan dalam oksigen alam semesta boleh menjadi racun maut. Tetapi, cukup aneh, ia boleh sangat memudahkan pencarian kehidupan itu bagi astrobiologists. Bayangkan bahawa anda dalam mesin masa, yang bukan sahaja akan dapat melakukan perjalanan selama berbilion-bilion tahun, tetapi juga untuk mengatasi matlamat cahaya di angkasa, semua untuk mencari kehidupan di alam semesta. Mengapa anda akan memulakan carian? cadangan saintis mungkin akan mengejutkan anda.

Satu carian resipi baru kehidupan di luar bumi

Pada mulanya, anda berfikir bahawa kehidupan boleh menjadi sama dengan kehidupan duniawi yang biasa: rumput, pokok, gembira-ria haiwan di sumber air yang di bawah langit biru dan matahari kuning. Tetapi ini adalah kereta api yang salah pemikiran. Ahli astronomi, menjalankan bancian planet di Bima Sakti, cenderung untuk mempercayai bahawa sebahagian besar kehidupan di alam semesta itu wujud di dunia mengorbit bintang kerdil merah, yang lebih kecil, tetapi lebih banyak dari bintang seperti matahari kita. Sebahagiannya kerana ini banyak ahli-ahli astronomi mesti belajar mereka dengan segala usaha. Mengambil, sebagai contoh, kerdil merah Trappist-1, yang hanya 40 tahun cahaya. Pada tahun 2017, ahli-ahli astronomi mendapati bahawa berkisar ia sekurang-kurangnya tujuh planet Bumi. Banyak balai cerap yang baru - yang diketuai oleh NASA bintang James Webb Space Telescope - akan memulakan operasi pada tahun 2019 dan akan dapat untuk meneroka planet Trappist-1 sistem, serta banyak planet-planet lain dalam bintang kerdil merah untuk mencari kehidupan.

Sementara itu, tiada siapa yang tahu dengan pasti bahawa anda akan mencari dengan melawat salah satu ini dunia yang aneh pada mesin anda ruang-masa, tetapi jika planet ini adalah serupa dengan Bumi, ia adalah berkemungkinan bahawa anda akan mencari mikrob, dan bukannya megafauna menarik. Satu kajian yang diterbitkan dalam 24 Jan Pendahuluan Sains, menunjukkan bahawa fakta yang ingin tahu ini mungkin bermakna untuk mencari alien. Salah satu pengarang Daud Katling, seorang ahli kimia atmosfera di University of Washington di Seattle, melihat ke dalam sejarah planet kita, untuk membangunkan resipi baru untuk mencari kehidupan unisel di dunia yang jauh dalam masa terdekat. Yang di Bumi banyak kehidupan adalah mikrob, dan dibaca dengan teliti fosil dan data geokimia menunjukkan dunia bahawa ia sentiasa. Organisma seperti haiwan dan tumbuh-tumbuhan - dan juga oksigen bahawa tumbuhan ini mengemukakan kepada haiwan yang menghembuskan nafas - satu fenomena yang agak baru yang muncul pada pertengahan akhir bilion tahun. Sebelum itu, satu daripada empat bilion tahun sejarah Bumi, dua bilion tahun pertama planet kita diadakan sebagai "berlumpur dunia" di bawah kawalan bakteria metana-makan yang mana oksigen tidak adalah gas yang memberi hidup dan racun yang mematikan. Pembangunan cyanobacteria fotosintesis ditentukan nasib lama dua bilion tahun akan datang, dan "metanogenovye" mikrob telah didorong ke dalam tempat-tempat gelap di mana dia tidak boleh mendapatkan oksigen - gua bawah tanah, paya dalam dan kawasan gelap lain di mana mereka hidup untuk hari ini. Cyanobacteria secara beransur-ansur Loji untuk Planet, perlahan-lahan dipenuhi suasana dengan oksigen dan ia meletakkan asas bagi dunia moden. Jika anda telah melawat planet kita di dalam kereta, selama ini, kemudian sembilan kali daripada sepuluh anda akan dapati hanya kehidupan alga unisel dan berisiko untuk mati sesak nafas di udara oksigen miskin.

Ini mewujudkan kesukaran untuk saintis yang berharap untuk menggunakan teleskop James Webb (bukan mesin masa) untuk mencari dunia lain untuk hidup. Molekul dalam atmosfera planet ini boleh menyerap bintang cahaya yang dihantar, di mana cetakan cahaya yang dihasilkan, yang boleh mengesan ahli-ahli astronomi. Banyaknya oksigen dalam atmosfera planet ini - salah satu daripada tanda-tanda yang paling jelas kehidupan yang mungkin, kerana kita membuat ia tanpa biologi tidak begitu mudah. Menurut astrobiologists, gas yang sangat reaktif boleh "biosignatures" kerana pada kepekatan yang tinggi ia adalah "tidak seimbang" dengan alam sekitar. Oksigen, sebagai peraturan, jatuh dari udara dalam bentuk karat dan oxidations lain pada logam, dan tidak disimpan dalam keadaan gas, jadi jika banyak sesuatu - hidup mungkin fotosintesis - mesti sentiasa menambah ia. Tetapi jika kita mengambil sebagai contoh planet kita, astrobiologists menyedari bahawa oksigen mungkin perkara terakhir yang mereka akan mencari - genetik mengatakan bahawa fotosintesis kompleks proses pengeluaran oksigen telah dicipta oleh cyanobacteria sebagai inovasi evolusi luar biasa yang telah dijumpai hanya sekali dalam sejarah yang panjang di bumi biosfera. Oleh itu, mana-mana pemburu untuk hidup di planet lain akan melihat melalui kanta teleskop itu mungkin planet anoksik. Apa biosignatures lain boleh mencari pemburu? Pada masa ini, cara terbaik untuk mencari jawapan - kembali dalam mesin masa kita. Hanya kali ini ia akan menjadi model komputer maya, yang tenggelam di kedalaman tidak boleh diakses masa lalu anoxic bumi (atau dunia asing kini), meneroka kemungkinan kimia gas dalam atmosfera dan lautan, yang boleh berlaku. Menggunakan data daripada batu-batu lama dan model lain untuk pemilihan andaian yang terbaik tentang kimia alam sekitar Bumi tiga bilion tahun yang lalu, komputer boleh melihat ketidakseimbangan jelas - mungkin biosignatures. Sebenarnya, ia tidak Katling bekerja dengan Joshua Krissansen-Totton dan Stephanie Olson dari Universiti California di Riverside.

"Mesin masa" mereka adalah penghampiran berangka daripada jumlah yang besar udara yang terperangkap dalam kotak telus dengan lautan terbuka yang besar di bahagian bawah kotak; komputer hanya mengira gas yang terkandung di dalam kotak akan bertindak balas dan campuran dari masa ke masa. Akhirnya, berinteraksi gas yang digunakan semua "tenaga bebas" dalam kotak dan mencapai keseimbangan - apabila tindak balas akan memerlukan tenaga tambahan dari luar, seolah-olah habis soda. Membandingkan koktel gas habis dari campuran yang sibuk, dikunci di dalam kotak mulanya, para saintis boleh mengira dengan tepat bagaimana dan bila suasana dunia adalah seimbang. Pendekatan ini boleh membiak contoh yang paling jelas ketidakseimbangan atmosfera yang wujud di planet kita - kehadiran oksigen dan metana kesan. kimia mudah menunjukkan bahawa gas-gas ini tidak perlu wujud bersama-sama untuk masa yang lama, tetapi mereka wujud bersama-sama di dunia yang menjelaskan bahawa sesuatu yang bernafas dan hidup di planet kita. Tetapi tanpa model oksigen akan menunjukkan tingkah laku yang berbeza untuk Bumi purba. "Kajian kami menyediakan jawapan" kepada soalan, bagaimana untuk mencari kehidupan anoxic di planet-planet seperti Bumi, kata Katling. Sebahagian besar kehidupan adalah mudah - seperti bakteria - dan sebahagian besar planet belum sampai ke tahap oksigen tepu dalam atmosfera. Gabungan karbon dioksida yang agak biasa dan metana (tanpa kehadiran karbon monoksida) - adalah biosignatures dunia seperti itu.

Krissansen-Totton menerangkan dengan lebih terperinci: "Kehadiran metana dan karbon dioksida pada masa yang sama - satu fenomena yang luar biasa, kerana karbon dioksida - adalah keadaan teroksida karbon, dan metana (terdiri daripada atom karbon terikat kepada empat atom hidrogen), - sebaliknya. Melaksanakan kedua-dua bentuk melampau pengoksidaan di atmosfera pada masa yang sama ia adalah amat sukar jika tiada kehidupan. " lautan planet pepejal dan lebih daripada 0, 1% daripada metana di atmosfera harus dianggap sebagai planet berpotensi didiami, saintis percaya. Dan jika metana atmosfera mencapai tahap 1% dan lebih tinggi, dalam kes ini planet ini tidak akan "berpotensi" dan "kemungkinan besar" didiami.

Jim Casting, ahli kimia atmosfera di Universiti Pennsylvania, mengatakan bahawa keputusan ini adalah "di landasan yang betul", walaupun pada hakikatnya bahawa "idea bahawa metana boleh biosignatures dalam suasana anoxic, yang agak lama."

Di samping itu, Katling dan coauthors beliau mendapati tanda tangan metana mereka perlu menunjukkan dirinya, dan bagaimana untuk membezakan ia daripada sumber bukan hidup. Dalam model mereka, metana dalam suasana jenis planet bumi anoxid biasanya bertindak balas dengan karbon dioksida, yang masih di udara, bercampur dengan nitrogen dan wap air, pertumpahan hujan sebatian berat. pengiraan lanjut menunjukkan bahawa tiada abiotik (iaitu bukan hidup) sumber metana di planet pepejal tidak boleh menghasilkan gas yang cukup untuk mengelakkan ia - sama ada pencemaran gunung berapi, tindak balas kimia di dalam bolong laut dalam dan juga kejatuhan asteroid. Hanya hidup bakteria penduduk memberi makan kepada gas metana yang dapat dijelaskan. Lebih penting lagi, walaupun sumber abiotik menyediakan metana yang cukup, mereka hampir tidak dapat tidak akan menghasilkan banyak karbon monoksida - gas yang beracun kepada haiwan, tetapi ia sangat disayangi oleh banyak mikrob. Walau bagaimanapun, metana dan karbon dioksida, jika tiada karbon monoksida, pada lautan planet pepejal boleh juga ditafsirkan sebagai tanda kehidupan, ia tidak bergantung kepada oksigen. Ini adalah berita baik untuk ahli-ahli astronomi. Teleskop James Webb hampir tidak mampu untuk terus mengesan kehadiran oksigen di mana-mana planet yang berpotensi dihuni, yang akan melihat dalam perjalanan misi mereka. Sebagai mata anda dapat membezakan cahaya yang boleh dilihat, tetapi tidak melihat radio atau X-ray, penglihatan Webb adalah terletak di spektrum inframerah - spektrum, yang sesuai untuk kajian bintang purba dan galaksi, tetapi juga singkat garis penyerapan oksigen, di mana mereka berserak dan jarang berlaku . Sesetengah saintis bimbang bahawa usaha untuk kehidupan akan perlu menunggu sehingga lain, teleskop lebih berupaya. Tetapi manakala Webb tidak boleh dengan mudah melihat oksigen, mata inframerah dengan sempurna boleh melihat tanda-tanda kehidupan yang bebas oksigen. Teleskop mampu pada masa yang sama mengesan metana, karbon dioksida dan karbon monoksida dalam suasana planet tertentu berhampiran kerdil merah. Sebagai contoh, dalam Trappist-1 sistem.

Namun, Webb tidak mungkin untuk menghadapi bahagian yang paling penting daripada kriteria yang Katlinga - definisi jumlah yang relatif setiap gas - dan tidak dapat memahami, sebagai contoh, sama ada metana yang dihasilkan di sebuah planet tunggal Vulcan atau AKSI MALAM PERTAMA mikrob. Ia tidak mungkin bahawa Webb akan anoxid biosfera di mana-mana planet di bawah matahari yang merah.

Apa yang lebih penting. Hidup adalah lebih penting untuk mendapatkan daripada oksigen.