For de fleste arter i livet i universet kan ilt være en dødbringende gift. Men underligt nok kan dette markant forenkle søgen efter et sådant liv for astrobiologer. Forestil dig, at du kommer ind i en tidsmaskine, der ikke kun kan rejse i milliarder af år, men også overvinde lysmål i det ydre rum, alt sammen for at finde livet i universet. Hvordan ville du starte din søgning? Forskernes anbefalinger kan overraske dig.
Først kan du tænke, at livet kan være som det kendte liv på jorden: græs, træer, boltrede dyr ved et vandhul under den blå himmel og den gule sol. Men dette er den forkerte tankegang. Astronomer, der censurerer planeterne på Mælkevejen, har en tendens til at tro, at det meste af livet i universet findes på verdener, der kredser om røde dværgstjerner, som er mindre, men mere talrige end stjerner som vores sol. Delvis på grund af denne overflod er astronomer nødt til at studere dem med stor omhu. Tag for eksempel den røde dværg TRAPPIST-1, der kun er 40 lysår væk. I 2017 opdagede astronomer, at mindst syv jordlignende planeter kredser omkring det. Mange nye observatorier - ledet af en NASA-stjerne,med James Webb-rumteleskopet - starter i 2019 og vil være i stand til at lære bedre at kende planeterne i TRAPPIST-1-systemet såvel som mange andre planeter i nærheden af røde dværge på jagt efter liv.
I mellemtiden ved ingen med sikkerhed, hvad du vil finde ved at besøge en af disse mærkelige verdener i din rumtidsmaskine, men hvis planeten ser ud som Jorden, er chancerne store for, at du finder mikrober og ikke en attraktiv megafauna. Undersøgelsen, der blev offentliggjort jan.24 i Science Advances, demonstrerer, hvad denne underlige kendsgerning kan betyde for søgningen efter udlændinge. En af forfatterne af værket, David Cutling, en atmosfærisk kemiker ved University of Washington i Seattle, kigger ind i vores planetes historie for at udvikle en ny opskrift på at søge efter encellede liv på fjerne verdener i den nærmeste fremtid.
Det meste af livet på Jorden i dag er mikrobielt, og en omhyggelig læsning af planetens fossile og geokemiske data viser, at det altid har været sådan. Organismer som dyr og planter - og det ilt, disse planter producerer for at indånde dem - er relativt nye fænomener, der er opstået i løbet af en halv milliard år. Før det, ud af fire milliarder år af Jordens historie, tilbragte vores planet de første to milliarder år i rollen som en "mudret verden" under kontrol af mikrober, der fodrede med metan, som ilt ikke var en livgivende gas, men en dødbringende gift. Udviklingen af fotosyntetiske cyanobakterier bestemte skæbnen for de næste to milliarder år, og "methanogene" mikrober blev drevet til mørke steder, hvor ilt ikke kunne få - underjordiske huler, dybe sumpe og andre dystre territorier, hvor de stadig bor. Cyanobakterier grønne planeten gradvist, fyldte langsomt sin atmosfære med ilt og lagde grundlaget for den moderne verden. Hvis du har besøgt vores planet i din tidsmaskine i alle disse år, ville du ni gange ud af ti kun finde encellede algliv og ni gange for at kvæle i iltfattig luft.
Dette udgør en udfordring for forskere i håb om at bruge James Webb-teleskopet (snarere end en tidsmaskine) til at søge efter andre livsverdener. Molekyler i en planetens atmosfære kan absorbere transmitteret lys fra stjerner, hvilket resulterer i udskrivninger af lys, som astronomer kan registrere. Overfloden af ilt i planetens atmosfære er en af de mest indlysende indikatorer for muligt liv, fordi det ikke er meget let at skabe det uden biologi. Ifølge astrobiologer kan denne stærkt reaktive gas være en "biosignatur", fordi den i høje koncentrationer "går ud af balance" med miljøet. Oxygen falder som regel ud af luften i form af rust og andre oxidationer på metaller og forbliver ikke i en gasformig tilstand, så hvis der er meget af det, skal noget - måske fotosyntetiserende liv - konstant genopfylde det. Men hvis du tager vores planet som et eksempel, indrømmer astrobiologer, at ilt kan være den sidste ting, de finder - genetik siger, at kompleks fotosyntese som en proces til fremstilling af ilt blev opfundet af cyanobakterier som en usædvanlig evolutionær innovation, der kun blev fundet en gang i jordens lange historie biosfæren. Følgelig vil enhver jæger til liv på andre planeter gennem linsen af et teleskop, sandsynligvis en iltfri planet. Hvilke andre biosignaturer kan en sådan jæger se efter?enhver jæger til livet på andre planeter vil se gennem linsen på et teleskop, sandsynligvis en iltfri planet. Hvilke andre biosignaturer kan en sådan jæger se efter?enhver jæger til livet på andre planeter vil se gennem linsen på et teleskop, sandsynligvis en iltfri planet. Hvilke andre biosignaturer kan en sådan jæger se efter?
I øjeblikket er den bedste måde at finde svaret på at vende tilbage til vores tidsmaskine. Kun denne gang vil det være en virtuel, computermodel, der kaster sig ned i de utilgængelige dybder af Jordens anoxiske fortid (eller den nuværende fremmede verden), der undersøger den mulige kemi af gasser i atmosfæren og havet, der kunne finde sted. Ved at bruge data fra gamle klipper og andre modeller til at vælge de bedste antagelser om kemien i Jordens miljø for tre milliarder år siden, kan en computer se åbenlyse ubalancer - mulige biosignaturer. Faktisk er det, hvad Cutling gjorde, og arbejdede med Joshua Chrissansen-Totton og Stephanie Olson fra University of California, Riverside.
Deres "tidsmaskine" er en numerisk tilnærmelse af et enormt volumen luft fanget i en stor gennemsigtig kasse med et åbent hav i bunden af kassen; computeren beregner blot, hvordan gasserne i kassen reagerer og blandes over tid. I sidste ende bruger de interagerende gasser al den "frie energi" i kassen og når ligevægt - når reaktionen kræver yderligere energi udefra, som om sodaen var opbrugt. Ved at sammenligne en cocktail af udmattede gasser med den revitaliserede blanding, der oprindeligt låst i kassen, kan forskere beregne nøjagtigt, hvordan og hvornår verdens atmosfære var i ligevægt. Denne tilgang kunne gengive det mest indlysende eksempel på atmosfærisk ubalance, som vores planet har - tilstedeværelsen af ilt og spor af metan. Simpel kemi viserat disse gasser ikke skal eksistere i lang tid, men de sameksisterer på Jorden, hvilket gør det klart, at noget på vores planet ånder og lever. Men for en gammel jord uden ilt ville modellen udvise en helt anden opførsel.
"Vores forskning giver et svar" på spørgsmålet om, hvordan man finder anoxisk liv på en jordlignende planet, siger Cutling. Det meste af livet er simpelt - som mikrober - og de fleste planeter er endnu ikke nået et stadium med iltrige atmosfærer. Kombinationen af relativt rigeligt kuldioxid og methan (i fravær af kulilte) er en sådan verdens biosignatur.
Salgsfremmende video:
Chrissansen-Totton forklarer mere detaljeret:”Tilstedeværelsen af metan og kuldioxid på samme tid er usædvanlig, fordi kuldioxid er den mest oxiderede tilstand af kulstof, og metan (bestående af et carbonatom bundet til fire brintatomer) er det modsatte. Det er meget vanskeligt at fremstille disse to ekstreme former for oxidation i atmosfæren på samme tid i mangel af liv. " En solid planet med et hav og mere end 0,1% metan i atmosfæren bør betragtes som en potentielt beboelig planet, siger forskere. Og hvis atmosfærisk metan når et niveau på 1% eller mere, vil planeten i dette tilfælde ikke være "potentielt", men "mest sandsynligt" beboelig.
Jim Casting, en atmosfærisk kemiker ved University of Pennsylvania, siger, at disse resultater er "på den rigtige vej", skønt "ideen om, at metan kan være en biosignatur i en anoxidatmosfære, er relativt gammel."
Derudover regnede Cutling og hans medforfattere ud, hvordan deres metansignatur skulle manifestere sig, og hvordan man adskiller den fra ikke-levende kilder. I henhold til deres model skal methan i atmosfæren på en anoxisk planet af jordtypen normalt reagere med kuldioxid, der stadig er i luften, blandes med nitrogen og vanddamp og regne ned som en tung forbindelse. Yderligere beregninger viste, at ingen abiotiske (dvs. ikke-levende) kilder til metan på en fast planet vil være i stand til at producere nok gas til at forstyrre denne proces - det være sig vulkangasforurening, kemiske reaktioner i dybhavsventiler og endda asteroide falder. Kun en levende population af metan-spiser bakterier kan forklare gassen. Mere vigtigt er det, selvom abiotiske kilder giver nok methan,de vil næsten uundgåeligt producere en masse kulilte, en gas, der er giftig for dyr, men som er elsket af mange mikrober. Tilsammen kan metan og kuldioxid i mangel af kulilte på en fast planet med et hav godt fortolkes som et tegn på iltuafhængigt liv.
Dette er gode nyheder for astronomer. James Webb-teleskopet kæmper for direkte at registrere tilstedeværelsen af ilt på enhver potentielt beboelig planet, det ser på sin mission. Ligesom dine øjne kan skelne synligt lys, men ikke kan se radio- eller røntgenstråler, er Webbs vision afstemt til det infrarøde spektrum - en del af spektret, der er ideelt til at studere gamle stjerner og galakser, men ikke klarer sig godt med iltabsorptionslinjer, hvor de er spredte og sjældne … Nogle forskere frygter, at søgen efter liv bliver nødt til at blive udsat, indtil andre, mere dygtige teleskoper er tilgængelige. Men selvom Webb ikke let kan se ilt, kan hans infrarøde øjne perfekt se tegn på iltfrit liv. Teleskopet er i stand til samtidig at detektere metan,kuldioxid og kulilte i atmosfærerne på nogle planeter nær røde dværgstjerner. For eksempel i TRAPPIST-1-systemet.
Alligevel er det usandsynligt, at Webb mestrer den vigtigste del af Cutlings kriterier - bestemmelse af den relative mængde af hver gas - og kan ikke for eksempel forstå, om vulkaner eller fartende mikrober producerer metan på en given planet. Det er usandsynligt, at Webb finder en anoxidbiosfære på nogen planet under en rød sol.
En anden ting er vigtig. Livet er vigtigere at søge end ilt.
Ilya Khel