Kreditna slika: NASA
Christopher Chyba je glavni preiskovalec vodilne ekipe inštituta SETI NASA Inštituta za astrobiologijo. Chyba je pred tem vodila Center za proučevanje življenja v vesolju Instituta SETI. Njegova ekipa NAI izvaja široko paleto raziskovalnih dejavnosti, saj preučuje tako začetke življenja na Zemlji kot tudi možnost življenja na drugih svetovih. Henry Bortman, glavni urednik revije Astrobiology Magazine, je pred kratkim s Chybo spregovoril o več projektih njegove ekipe, ki bodo raziskale izvor in pomen kisika v Zemljini atmosferi.
Revija Astrobiologija: Mnogi projekti, ki jih bodo delali člani vaše ekipe, se nanašajo na kisik v Zemljini atmosferi. Danes je kisik pomemben sestavni del zraka, ki ga dihamo. Toda na zgodnji Zemlji je bilo v ozračju zelo malo kisika. O tem, kako in kdaj je ozračje planeta postalo kisik, poteka veliko razprav. Lahko razložite, kako bodo raziskave vaše ekipe pristopile k temu vprašanju?
Christopher Chyba: Običajna zgodba, s katero ste verjetno seznanjeni, je, da je po razvijanju kisikove fotosinteze na zgodnji Zemlji obstajal ogromen biološki vir kisika. To je običajni pogled. Mogoče je prav, in pri takšnih argumentih običajno ni, ali je en učinek pravi ali ne. Verjetno je bilo veliko učinkov. Vprašanje je, kakšen je bil prevladujoč učinek ali je bilo več učinkov primerljivega pomena.
Raziskovalec inštituta SETI Friedemann Freund ima popolnoma nebiološko hipotezo o dvigu kisika, ki ima nekaj eksperimentalne podpore iz laboratorijskih del, ki jih je opravil. Hipoteza je, da ko se kamnine strdijo iz magme, vsebujejo majhne količine vode. Hlajenje in kasnejše reakcije vodijo k proizvodnji peroksi vezi (sestavljenih iz atomov kisika in silicija) in molekulskega vodika v kamninah.
Potem, ko magnetno kamnino naknadno dozorijo, peroksi povezave ustvarijo vodikov peroksid, ki razpade na vodo in kisik. Če je to pravilno, bo preprosto prezračevanje magnetnih kamnin vir prostega kisika v ozračje. In če pogledate nekaj količin kisika, ki jih je Friedemann sposoben sprostiti iz kamnin v dobro nadzorovanih situacijah v svojih začetnih poskusih, bi lahko šlo za pomemben in pomemben vir kisika na zgodnji Zemlji.
Celo razen fotosinteze, bi lahko obstajal nekakšen naravni vir kisika v katerem koli svetu podobnem Zemlji, ki je imel na razpolago magnetno aktivnost in tekočo vodo. To bi nakazovalo, da je oksidacija površine morda nekaj, za kar pričakujete, da se bo zgodila, ne glede na to, ali se zgodi fotosinteza zgodaj ali pozno. (Seveda je čas tega odvisen tudi od ponorov kisika.) Poudarjam, da je v tem trenutku vse hipoteza za veliko bolj natančno preiskavo. Friedemann je doslej delal samo pilotske poskuse.
Ena od zanimivih stvari Friedemannove ideje je ta, da namiguje, da je morda pomemben vir kisika na planetih, popolnoma neodvisnih od biološke evolucije. Tako lahko obstaja naravni dejavnik oksidacije površja sveta z vsemi slednjimi posledicami za razvoj. Ali pa morda ne. Bistvo je, da delo opravite in ugotovite.
Druga sestavina njegovega dela, ki jo bo Friedemann opravil z mikrobiologinjo Lynn Rothschild iz NASA Raziskovalnega centra Ames, je povezana s tem vprašanjem, ali bi lahko v okoljih, ki so povezana z iztrebljenimi magnetnimi kamninami in proizvodnjo kisika, ustvarili mikrookolja, ki bi dopustil, da bi se nekateri mikroorganizmi, ki živijo v teh okoljih, predhodno prilagodili okolju, ki je bogato s kisikom. Delali bodo z mikroorganizmi, da bi poskušali rešiti to vprašanje.
AM: Emma Banks si bo ogledala kemične interakcije v ozračju Saturnovega Luna Titana. Kako je to povezano z razumevanjem kisika na zgodnji Zemlji?
CC: Emma išče drug abiotski način, ki bi bil lahko pomemben pri oksidaciji svetovne površine. Emma izdeluje kemijske računske modele, vse do kvantne mehanske ravni. Naredi jih v številnih okoliščinah, toda kaj je pomembno za ta predlog ima oblikovanje megle.
Na Titanu - in morda tudi na zgodnji Zemlji, odvisno od vašega modela atmosfere zgodnje Zemlje - v zgornji atmosferi obstaja polimerizacija metana (kombinacija molekul metana v večje molekule ogljikovodikovih verig). Titanovo ozračje je nekaj odstotkov metana; skoraj ves preostali del je molekularni dušik. Sončno je bombardirano s ultravijolično svetlobo. Prav tako je bombardirano z nabitimi delci Saturnove magnetosfere. Učinek tega, ki deluje na metan, CH4, je, da razgradi metan in ga polimerizira v ogljikovodike z daljšimi verigami.
Če začnete polimerizirati metan v daljše in daljše verige ogljika, se vsakič, ko dodate še en ogljik v verigo, znebite nekaj vodika. Na primer, da se od CH4 (metan) do C2H6 (etana) znebite dveh vodikov. Vodik je izredno lahek atom. Tudi če naredi H2, to je izredno lahka molekula in se je ta molekula izgubila z vrha Titanove atmosfere, tako kot je izgubljena z vrha Zemljine atmosfere. Če izsesavate vodik z vrha atmosfere, je neto učinek oksidacija površine. To je še en način, ki vam daje čisto oksidacijo svetovne površine.
Emmo to zanima predvsem glede na dogajanje na Titanu. Potencialno je pomemben tudi kot nekakšen svetovni mehanizem oksidacije za zgodnjo Zemljo. In, ko je dušik v sliko, jo zanima potencialna proizvodnja aminokislin iz teh pogojev.
AM: Ena od skrivnosti zgodnjega življenja na Zemlji je, kako je preživela škodljive učinke ultravijoličnega (UV) sevanja, preden je bilo v ozračju dovolj kisika, da je zagotovilo ozonski ščit. Janice Bishop, Nathalie Cabrol in Edmond Grin, vsi skupaj z inštitutom SETI, raziskujejo nekatere od teh strategij.
CC: In tam je ogromno potencialnih strategij. Eno je le, da je dovolj globoko pod površjem, ali govorite o kopnem ali morju, da je popolnoma zaščiteno. Druga je zaščita z minerali znotraj same vode. Janice in Lynn Rothschild delata na projektu, ki preučuje vlogo mineralov železovega oksida v vodi kot nekakšen ščitnik pred UV žarki.
Brez kisika bi bilo železo v vodi prisotno kot železov oksid. (Ko imate več kisika, železo še dodatno oksidira; postane železov in izpade.) Železov oksid bi lahko potencialno igral vlogo ultravijoličnega ščita v zgodnjih oceanih ali v zgodnjih ribnikih ali jezerih. Če želite raziskati, kako dober je potencialni UV-ščit, boste morda želeli izvesti nekaj meritev, vključno z meritvami v naravnem okolju, na primer v Yellowstoneu. In spet obstaja mikrobiološka komponenta dela, z Lynnovo udeležbo.
To je povezano s projektom, ki ga Nathalie Cabrol in Edmond Grin zasledujeta z druge perspektive. Nathalie in Edmond se za Mars zelo zanimata. Oba sta v znanstveni skupini Mars Exploration Rover. Nathalie in Edmond poleg svojega dela na Marsu raziskujeta okolja na Zemlji kot analogna mesta na Marsu. Ena izmed njihovih tematik raziskovanja so strategije preživetja v okolju z visokim številom UV. Na Licancaburu (mirujoči vulkan v Andih) je jezero visoko šest kilometrov. Zdaj vemo, da je v tem jezeru mikroskopsko življenje. In bi radi vedeli, kakšne so njegove strategije preživetja v tamkajšnjem okolju z visokim številom UV? In to je drugačen, zelo empiričen način, da preučimo vprašanje, kako je življenje preživelo v okolju z visoko UV svetlobo, ki je obstajalo na zgodnji Zemlji.
Vsi ti štirje projekti so povezani, ker imajo povezavo z dvigom kisika na zgodnji Zemlji, kako so organizmi preživeli, preden je v ozračju nastalo veliko kisika, in kako se vse to nanaša na Mars.
Izvirni vir: Revija Astrobiologija
