Πιστωτική εικόνα: NASA
Ο Christopher Chyba είναι ο κύριος ερευνητής της επικεφαλής ομάδας του Ινστιτούτου SETI του Ινστιτούτου Αστροβιολογίας της NASA. Ο Chyba ήταν προηγουμένως επικεφαλής του Κέντρου Μελέτης της Ζωής στο Σύμπαν του Ινστιτούτου SETI. Η ομάδα του NAI επιδιώκει ένα ευρύ φάσμα ερευνητικών δραστηριοτήτων, εξετάζοντας τόσο τις αρχές της ζωής στη Γη όσο και τη δυνατότητα ζωής σε άλλους κόσμους. Ο διευθύνων σύμβουλος του Astrobiology Magazine, Henry Bortman, μίλησε πρόσφατα με τον Chyba για πολλά από τα έργα της ομάδας του που θα διερευνήσουν την προέλευση και τη σημασία του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης.
Περιοδικό Αστροβιολογίας: Πολλά από τα έργα στα οποία θα εργαστούν τα μέλη της ομάδας σας έχουν να κάνουν με το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα της Γης. Σήμερα το οξυγόνο είναι ένα σημαντικό συστατικό του αέρα που αναπνέουμε. Αλλά στην πρώιμη Γη, υπήρχε πολύ λίγο οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Υπάρχει μεγάλη συζήτηση για το πώς και πότε η ατμόσφαιρα του πλανήτη έγινε οξυγονωμένη. Μπορείτε να εξηγήσετε πώς η έρευνα της ομάδας σας θα προσεγγίσει αυτό το ερώτημα;
Κρίστοφερ Τσίμπα: Η συνήθης ιστορία, με την οποία πιθανότατα γνωρίζετε, είναι ότι μετά την εξέλιξη της οξυγονικής φωτοσύνθεσης, υπήρχε τότε μια τεράστια βιολογική πηγή οξυγόνου στην πρώιμη Γη. Αυτή είναι η συνήθης άποψη. Μπορεί να είναι σωστό και αυτό που συνήθως συμβαίνει σε τέτοιου είδους επιχειρήματα δεν είναι εάν ένα αποτέλεσμα είναι σωστό ή όχι. Πιθανώς πολλά αποτελέσματα ήταν ενεργά. Είναι ένα ερώτημα για το ποιο ήταν το κυρίαρχο αποτέλεσμα ή αν υπήρχαν διάφορα αποτελέσματα παρόμοιας σημασίας.
Ο ερευνητής του Ινστιτούτου SETI Friedemann Freund έχει μια εντελώς μη βιολογική υπόθεση σχετικά με την αύξηση του οξυγόνου, η οποία έχει κάποια πειραματική υποστήριξη από εργαστηριακές εργασίες που έχει κάνει. Η υπόθεση είναι ότι, όταν οι βράχοι στερεοποιούνται από μάγμα, ενσωματώνουν μικρές ποσότητες νερού. Η ψύξη και οι επακόλουθες αντιδράσεις οδηγούν στην παραγωγή υπεροξυ συνδέσμων (αποτελούμενων από άτομα οξυγόνου και πυριτίου) και μοριακού υδρογόνου στους βράχους.
Στη συνέχεια, όταν ο πύρινος βράχος ξεπεραστεί στη συνέχεια, οι υπεροξυ σύνδεσμοι παράγουν υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οποίο αποσυντίθεται σε νερό και οξυγόνο. Άρα, αν αυτό είναι σωστό, απλώς η αποφυγή των πυριγενών πετρωμάτων θα αποτελέσει πηγή ελεύθερου οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Και αν κοιτάξετε μερικές από τις ποσότητες οξυγόνου που ο Friedemann είναι σε θέση να απελευθερώσει από τους βράχους σε καλά ελεγχόμενες καταστάσεις στα αρχικά του πειράματα, μπορεί να ήταν ότι ήταν μια σημαντική και σημαντική πηγή οξυγόνου στην πρώιμη Γη.
Έτσι, ακόμη και εκτός από τη φωτοσύνθεση, μπορεί να υπάρχει ένα είδος φυσικής πηγής οξυγόνου σε οποιονδήποτε κόσμο που μοιάζει με τη Γη που είχε πυριγενή δραστηριότητα και υγρό νερό. Αυτό υποδηλώνει ότι η οξείδωση της επιφάνειας μπορεί να είναι κάτι που αναμένεται να συμβεί, είτε η φωτοσύνθεση συμβαίνει νωρίς είτε αργά. (Φυσικά, ο συγχρονισμός αυτού εξαρτάται και από την καταβόθρα οξυγόνου.) Τονίζω ότι όλα αυτά είναι μια υπόθεση σε αυτό το σημείο, για πολύ πιο προσεκτική έρευνα. Ο Friedemann έχει κάνει μόνο πιλοτικά πειράματα μέχρι στιγμής.
Ένα από τα ενδιαφέροντα πράγματα για την ιδέα του Friedemann είναι ότι υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει μια σημαντική πηγή οξυγόνου σε πλανήτες εντελώς ανεξάρτητους από τη βιολογική εξέλιξη. Άρα μπορεί να υπάρχει ένας φυσικός μοχλός προς την οξείδωση της επιφάνειας ενός κόσμου, με όλες τις επακόλουθες συνέπειες για την εξέλιξη. Ή μήπως όχι. Το θέμα είναι να κάνετε τη δουλειά και να μάθετε.
Ένα άλλο στοιχείο της δουλειάς του, το οποίο θα κάνει ο Friedemann με τον μικροβιολόγο Lynn Rothschild του NASA Ames Research Center, έχει να κάνει με αυτό το ερώτημα εάν σε περιβάλλοντα που σχετίζονται με ξεπερασμένα πυριγενή πετρώματα και την παραγωγή οξυγόνου, θα μπορούσατε να έχετε δημιουργήσει μικρο-περιβάλλοντα που θα επέτρεπε σε ορισμένους μικροοργανισμούς που ζουν σε αυτά τα περιβάλλοντα να έχουν προ-προσαρμοστεί σε ένα πλούσιο σε οξυγόνο περιβάλλον. Θα δουλέψουν με μικροοργανισμούς για να προσπαθήσουν να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα.
ΕΙΜΑΙ: Η Emma Banks θα εξετάσει τις χημικές αλληλεπιδράσεις στην ατμόσφαιρα του Κρόνου του Τιτάνα. Πώς συνδέεται με την κατανόηση του οξυγόνου στην πρώιμη Γη;
CC: Η Έμμα κοιτάζει έναν άλλο αβιοτικό τρόπο που μπορεί να είναι σημαντικός στην οξείδωση μιας επιφάνειας του κόσμου. Η Emma κάνει χημικά υπολογιστικά μοντέλα, μέχρι το κβαντικό μηχανικό επίπεδο. Τα κάνει σε διάφορα περιβάλλοντα, αλλά αυτό που σχετίζεται με αυτήν την πρόταση έχει να κάνει με τη δημιουργία θολών.
Στον Τιτάνα - και πιθανώς και στην πρώιμη Γη, ανάλογα με το μοντέλο σας για την ατμόσφαιρα της πρώιμης Γης - υπάρχει πολυμερισμός μεθανίου [ο συνδυασμός μορίων μεθανίου σε μεγαλύτερα μόρια αλυσίδας υδρογονανθράκων] στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα του Τιτάνα είναι αρκετό τοις εκατό μεθάνιο. σχεδόν το υπόλοιπο είναι μοριακό άζωτο. Είναι βομβαρδισμένο με υπεριώδες φως από τον ήλιο. Επίσης βομβαρδίζεται με φορτισμένα σωματίδια από τη μαγνητόσφαιρα του Κρόνου. Το αποτέλεσμα αυτού, ενεργώντας στο μεθάνιο, CH4, είναι να σπάσει το μεθάνιο και να πολυμεριστεί σε υδρογονάνθρακες μεγαλύτερης αλυσίδας.
Εάν αρχίσετε να πολυμερίζετε το μεθάνιο σε μακρύτερες και μακρύτερες αλυσίδες άνθρακα, κάθε φορά που προσθέτετε άλλο άνθρακα στην αλυσίδα, πρέπει να απαλλαγείτε από υδρογόνο. Για παράδειγμα, για να μεταβείτε από το CH4 (μεθάνιο) στο C2H6, (αιθάνιο) πρέπει να απαλλαγείτε από δύο υδρογόνα. Το υδρογόνο είναι ένα εξαιρετικά ελαφρύ άτομο. Ακόμα κι αν κάνει το H2, αυτό είναι ένα εξαιρετικά ελαφρύ μόριο και αυτό το μόριο έχει χαθεί από την κορυφή της ατμόσφαιρας του Τιτάνα, ακριβώς όπως έχει χαθεί από την κορυφή της ατμόσφαιρας της Γης. Εάν ξεφορτώσετε υδρογόνο από την κορυφή της ατμόσφαιράς σας, το καθαρό αποτέλεσμα είναι να οξειδώσετε την επιφάνεια. Είναι λοιπόν ένας άλλος τρόπος που σας δίνει μια καθαρή οξείδωση της επιφάνειας ενός κόσμου.
Η Έμμα ενδιαφέρεται κυρίως για αυτό που συμβαίνει στον Τιτάνα. Αλλά είναι επίσης ενδεχομένως σχετικό ως ένα είδος παγκόσμιου οξειδωτικού μηχανισμού για την πρώιμη Γη. Και, φέρνοντας άζωτο στην εικόνα, ενδιαφέρεται για τη δυνητική παραγωγή αμινοξέων από αυτές τις συνθήκες.
ΕΙΜΑΙ: Ένα από τα μυστήρια σχετικά με την πρώιμη ζωή στη Γη είναι πώς επέζησε από τις βλαβερές συνέπειες της υπεριώδους ακτινοβολίας (UV) προτού υπάρξει αρκετό οξυγόνο στην ατμόσφαιρα για να παρέχει ασπίδα όζοντος. Η Janice Bishop, η Nathalie Cabrol και ο Edmond Grin, όλοι μαζί με το Ινστιτούτο SETI, διερευνούν μερικές από αυτές τις στρατηγικές.
CC: Και υπάρχουν πολλές πιθανές στρατηγικές εκεί. Κάποιος είναι αρκετά βαθύς κάτω από την επιφάνεια, είτε μιλάτε για τη στεριά ή τη θάλασσα, ώστε να είναι πλήρως προστατευμένος. Ένα άλλο είναι να προστατεύεται από ορυκτά μέσα στο ίδιο το νερό. Η Janice και η Lynn Rothschild εργάζονται σε ένα έργο που εξετάζει το ρόλο των ορυκτών οξειδίου του σιδήρου στο νερό ως ένα είδος ασπίδας UV.
Ελλείψει οξυγόνου, ο σίδηρος στο νερό θα ήταν παρόν ως οξείδιο του σιδήρου. (Όταν έχετε περισσότερο οξυγόνο, ο σίδηρος οξειδώνεται περαιτέρω. Γίνεται σιδηρούχος και πέφτει.) Το οξείδιο του σιδήρου θα μπορούσε ενδεχομένως να είχε διαδραματίσει το ρόλο μιας υπεριώδους ασπίδας στους πρώτους ωκεανούς, ή σε πρώιμες λίμνες ή λίμνες. Για να διερευνήσετε πόσο καλή είναι μια πιθανή ασπίδα υπεριώδους ακτινοβολίας, υπάρχουν μερικές μετρήσεις που ίσως θέλετε να κάνετε, συμπεριλαμβανομένων μετρήσεων σε φυσικά περιβάλλοντα, όπως στο Yellowstone. Και για άλλη μια φορά υπάρχει μια μικροβιολογική συνιστώσα στο έργο, με τη συμμετοχή της Lynn.
Αυτό σχετίζεται με το έργο που ακολουθούν οι Nathalie Cabrol και Edmond Grin, από διαφορετική οπτική γωνία. Η Nathalie και ο Edmond ενδιαφέρονται πολύ για τον Άρη. Είναι και οι δύο στην επιστημονική ομάδα του Mars Exploration Rover. Εκτός από το έργο τους στον Άρη, η Nathalie και ο Edmond εξερευνούν περιβάλλοντα στη Γη ως αναλογικούς ιστότοπους του Άρη. Ένα από τα θέματα της έρευνας είναι οι στρατηγικές επιβίωσης σε περιβάλλοντα με υψηλή υπεριώδη ακτινοβολία. Υπάρχει μια λίμνη ύψους έξι χιλιομέτρων στο Licancabur (ένα αδρανές ηφαίστειο στις Άνδεις). Γνωρίζουμε τώρα ότι υπάρχει μικροσκοπική ζωή σε αυτήν τη λίμνη. Και θα θέλαμε να μάθουμε ποιες είναι οι στρατηγικές της για επιβίωση στο περιβάλλον με υψηλή UV ακτινοβολία εκεί; Και αυτός είναι ένας διαφορετικός, πολύ εμπειρικός τρόπος για να βρούμε αυτό το ερώτημα για το πώς επέζησε η ζωή στο περιβάλλον με υψηλή υπεριώδη ακτινοβολία που υπήρχε στην πρώιμη Γη.
Αυτά τα τέσσερα έργα συνδέονται όλα, επειδή έχουν να κάνουν με την άνοδο του οξυγόνου στην πρώιμη Γη, πώς επέζησαν οι οργανισμοί προτού υπάρξει ουσιαστικό οξυγόνο στην ατμόσφαιρα και, στη συνέχεια, πώς όλα αυτά σχετίζονται με τον Άρη.
Πρωτότυπη Πηγή: Περιοδικό Αστροβιολογίας
