För de flesta typer av liv i Universum syre kan vara ett dödligt gift. Men, märkligt nog, det kan avsevärt förenkla sökandet av ett sådant liv för astrobiologists. Tänk dig att du får i din tidsmaskin som kan resa i miljarder år, men också för att övervinna ljuset mål i yttre rymden, och alla för att hitta liv i Universum. Varför skulle du börja söka? Forskarnas rekommendationer kan överraska dig.
Det första du kommer att tänka att livet kan vara liknande för att bekanta jorden liv: gräs, träd, plaskar djur på pundet under den blå himlen och gul som solen. Men det är fel tankegång. Astronomer att genomföra en folkräkning av planeter i vintergatan, benägen att tro att en stor del av livet i Universum finns på världar som kretsar kring röda dvärgstjärnor som är mindre men fler än stjärnor som vår Sol. Delvis på grund av detta överflöd, astronomer att studera sin egen omsorg. Ta, till exempel, röd dvärg TRAPPIST-1, som ligger bara 40 ljusår från oss. I 2017, astronomer upptäckte att den roterar runt minst sju jordliknande planeter. Många nya observatorier i huvudet med en stjärna NASA, rymdteleskopet James Webb kommer att starta i och med 2019 och kommer att kunna utforska planeter i systemet TRAPPIST-1, liksom många andra planeter har red dwarf-stjärnor på jakt efter liv.
Under tiden, ingen vet säkert vad kommer du hitta genom att besöka en av dessa udda världar i sin bil i tid och rum, men om den planet som är lik Jorden, är det troligt att du kommer att hitta bakterier och inte attraktiv megafauna. En studie publicerad 24 januari i tidskriften Science Förskott, visar att detta intressant faktum kan tyda på för sökning av utlänningar. En av författarna David Catling, atmosfärkemist vid University of Washington i Seattle, tittar i historien om vår planet för att utveckla ett nytt recept för att hitta encelliga livet på avlägsna världar i den nära framtiden.
Nu på Jorden, mest av livet är mikrobiell och en noggrann läsning av fossila och geokemiska data av planeten visar att det alltid har varit. Organismer som djur och växter och syre att dessa växter ger till djur, de andas, är en relativt ny företeelse som dykt upp under de senaste halv miljarder år. Innan det, en av de fyra miljarder år av Jordens historia, de första två miljarder år som vår planet har varit i rollen som “lera världen” under kontroll av metan och äta mikrober som syre var inte livet-att ge gas och dödligt gift. Utvecklingen av fotosyntetiska cyanobakterier bestäms ödet för de kommande två miljarder åren, och “metanogenes” bakterier drevs in i den mörka platser, där de inte kunde få syre underjordiska grottor, djupa kärr och andra mörka områden där de lever tills nu. Cyanobakterier gradvis grönskar vår planet långsamt fyllt atmosfären med syre och lade Grunden för den moderna världen. Om du har besökt vår planet i sin time machine alla dessa år, då nio gånger av tio att du skulle hitta bara encelliga livet alger, och skulle riskera att kvävas i en dålig syre i luften.
Detta skapar svårigheter för forskare som hoppas kunna använda James Webb-teleskopet (inte time machine) för att hitta andra världar med livet. Molekyler i jordens atmosfär kan absorbera genomlysning av stjärnorna, så bildade utskrifter av ljus som är synligt för astronomer. Det överflöd av syre i jordens atmosfär – en av de mest uppenbara tecken på liv som möjligt, för att skapa det utan att biologi är inte så lätt. Enligt astrobiologists, detta starkt reaktiv gas som kan vara “biosignatures” eftersom det i höga koncentrationer är det “ur balans med miljön. Syre, som regel, faller ut i luften i form av rost och andra bilden) på metaller, inte förvaras i gasform, så om något är möjligt, fotosyntetiska liv ständigt måste för att fylla det. Men om du tar till exempel vår planet, astrobiologists erkänna att syre kan vara det sista de kommer att hitta är genetik säger att en komplex process som fotosyntesen syre produktion uppfanns av cyanobakterier som en ovanlig evolutionär innovation, som hittades bara en gång i den långa historien av den terrestra biosfären. Följaktligen är hunter ‘ s liv på andra planeter kommer att se genom linsen av ett teleskop, mest troligt, oxygen-free planet. Vad andra biosignature kan se till att jägare?
För närvarande är det bästa sättet att få svar är att återvända till vår tid maskinen. Bara den här gången, det kommer att bli den virtuella datorn modell, som är nedsänkt i de otillgängliga djup av syrefattiga tidigare på Jorden (eller i främmande världen av idag), att utforska möjligt kemi av gaser i atmosfären och havet, som skulle kunna äga rum. Med hjälp av data från gamla raser och andra modeller för att välja den bästa antaganden om kemi av Jordens miljö tre miljarder år sedan, datorn kan se uppenbara obalanser – möjligt biosignature. Faktiskt, det gjorde Catling, som arbetar med Joshua Christiansen-Totton och Stephanie Olson, vid University of California, riverside.
Deras “time machine” är en numerisk approximation av den enorma volym av luft instängd i ett stort öppet fält med öppna havet vid foten av box, dator helt enkelt räknar ut hur som ingår i lådan, de gaser som kommer att reagera och blanda under tiden. I slutändan interagera gaser med alla “fri energi” i rutan och jämvikt – när ett svar kommer att kräva ytterligare energi från utsidan, gillar pop utmattad. Att jämföra cocktail utmattade gaser med en livlig blandning, instängd i en låda ursprungligen forskare kan beräkna exakt hur och när den atmosfär av fred var i balans. Detta tillvägagångssätt kan återge det mest uppenbara exemplet på atmosfäriska obalans som är vår planet – närvaro av syre och spår av metan. Enkel kemi visar att dessa gaser bör inte samexistera under en lång tid, men på Jorden de samexistera som gör det tydligt att något på vår planet andas och lever. Men för gamla Jorden utan syre modell kommer att visa ett helt annat beteende.
“Vår undersökning ger svaret” på frågan, hur hittar anaerob liv på planeten, liksom jorden, säger Catling. Mest av livet är enkelt — som mikrober, och de flesta av planeterna har ännu inte nått det stadium i syrerika atmosfär. Kombinationen av relativt utbredd koldioxid och metan (i avsaknad av kolmonoxid) är biosignature en sådan värld.
Kristensen-Totton i detalj förklarar: “Förekomsten av metan och koldioxid på samma gång — en ovanlig företeelse, eftersom koldioxid är den mest oxiderat tillstånd av koldioxid och metan (som består av en kolatom samman med fyra väteatomer) — tvärtom. För att producera dessa två extrema former av oxidation i atmosfären samtidigt mycket svårt att i avsaknad av liv.” Fast planet med en ocean och mer än 0,1% metan i atmosfären bör betraktas som potentiellt beboeliga planet, forskare säger. Och om atmosfäriskt metan når 1% – nivå och högre, i detta fall planeten inte är “potentiellt” och “sannolikt” är bebodda.
Jim Kasting, en atmosfärisk kemist vid Universitetet i Pennsylvania, sade att dessa resultat är “på rätt spår”, trots att “tanken att metan kan vara biosignatures i en syrefattig atmosfär, är relativt gamla.”
Dessutom Catling och hans co-författare, deras metan signatur behov att visa sig själv och hur man skiljer den från icke-levande källor. I deras modell, metan i den syrefattiga atmosfären av jord-liknande planeter normalt att reagera med koldioxid fortfarande är i luften, blandat med kväve och vattenånga, spilla regn i form av tunga föreningar. Ytterligare beräkningar visade att ingen abiotiska (dvs icke-levande) källor för metan på en solid planet inte kan producera tillräckligt med gas för att förhindra denna process, om den vulkaniska ångor, kemiska reaktioner i djupa havet ventiler och till och med fallande asteroider. Bara den som lever befolkningen av metan-ätande bakterier kan förklara gas. Ännu viktigare, även om de abiotiska källor kommer att ge tillräckligt med metan, de kommer nästan oundvikligen att producera en hel del av kolmonoxid, som är giftigt för djur, men mycket älskad av många mikrober. Tillsammans, metan och koldioxid, i avsaknad av kolmonoxid på en solid planet med en ocean kan tolkas som ett tecken på liv, inte är beroende av syre.
Detta är goda nyheter för astronomer. James Webb-teleskopet kommer att direkt kunna avgöra närvaro av syre i något potentiellt beboeliga planeten som kommer att se i samband med hans uppdrag. Hur dina ögon kan skilja mellan synligt ljus, men inte se en radio-eller x-ray vision Webb är inställd på att det infraröda spektrum spektrum, som är idealiska för studier av gamla stjärnor och galaxer, men utförs dåligt med syre absorption linjer, där de är utspridda och sällsynta. Vissa forskare har uttryckt oro för att söka efter liv skulle ha att invänta uppkomsten av andra, mer kapabel teleskop. Men även om Webb kunde inte lätt att se syre, ir-ögon kan se tecken på syre-fritt liv. Teleskopet kan samtidigt identifiera metan, koldioxid och koloxid i den atmosfär av några planeter nära röda dvärgstjärnor. Till exempel, i systemet med TRAPPIST-1.
Och ändå, Webb är osannolikt att klara den mest viktig del av de kriterier som Catling, bestämning av den relativa mängden av varje gas och kan inte förstå, till exempel, producerar metan om en enda planet av vulkaner, eller prutta mikrober. Det är osannolikt att Webb hittar syrefattiga biosfären på en planet under den röda solen.
Vad som är mer viktigt. Livet ser mer viktigt än syre.
Föreslås ett nytt recept för att hitta utomjordiskt liv
Ilya Hel