Kreditna slika: NASA
Christopher Chyba glavni je istraživač vodećeg tima Instituta SETI iz NASA-inog instituta za astrobiologiju. Chyba je ranije vodio Centar za proučavanje života u svemiru Instituta SETI. Njegov tim NAI provodi širok spektar istraživačkih aktivnosti, sagledavajući životne početke na Zemlji i mogućnosti života na drugim svjetovima. Glavni urednik časopisa Astrobiology, Henry Bortman, nedavno je s Chybom razgovarao o nekoliko projekata svog tima koji će istražiti podrijetlo i značaj kisika u Zemljinoj atmosferi.
Časopis Astrobiologija: Mnogi projekti na kojima će članovi vašeg tima raditi imaju kisik u Zemljinoj atmosferi. Danas je kisik značajna komponenta zraka koji udišemo. Ali na ranoj Zemlji bilo je vrlo malo kisika u atmosferi. Dosta se raspravlja o tome kako i kada atmosfera planete postaje kisikom. Možete li objasniti kako će istraživanje vašeg tima pristupiti ovom pitanju?
Christopher Chyba: Uobičajena priča, s kojom ste vjerojatno upoznati, je da je nakon razvijanja fotosinteze kisika na ranoj Zemlji tada postojao ogroman biološki izvor kisika. To je uobičajeni prikaz. Možda je u redu, a što je obično u ovakvim argumentima nije da li je jedan učinak pravi ili ne. Vjerojatno su mnogi učinci bili aktivni. Pitanje je koji je bio dominantan učinak ili je li postojalo nekoliko učinaka usporedive važnosti.
Istraživač Instituta SETI Friedemann Freund ima potpuno nebiološku hipotezu o povećanju kisika, za koju ima određenu eksperimentalnu potporu u laboratorijskim radovima. Hipoteza je da se, kada se stijene očvrsnu od magme, u njih unose male količine vode. Hlađenje i kasnije reakcije dovode do stvaranja peroksi veza (koje se sastoje od atoma kisika i silicija) i molekulskog vodika u stijenama.
Zatim, kad se magnetska stijena naknadno istroši, peroksi veze stvaraju vodikov peroksid koji se razgrađuje u vodu i kisik. Dakle, ako je to ispravno, jednostavno raspadanje magnetskih stijena će biti izvor slobodnog kisika u atmosferu. A ako pogledate neke količine kisika koje Friedemann uspijeva izbaciti iz stijena u dobro kontroliranim situacijama u svojim početnim eksperimentima, možda je to bio značajan i značajan izvor kisika na ranoj Zemlji.
Čak i osim fotosinteze, u bilo kojem svijetu nalik Zemlji mogao bi postojati prirodni izvor kisika koji je imao magnetsku aktivnost i tekuću vodu na raspolaganju. Ovo bi sugeriralo da oksidacija površine može biti nešto za što očekujete da se dogodi, bilo da se fotosinteza događa prerano ili kasno. (Naravno, vrijeme toga ovisi i o odvodu kisika.) Naglašavam da je u ovom trenutku sve hipoteza, za mnogo pažljivije istraživanje. Friedemann je dosad radio samo pilot eksperimente.
Jedna od zanimljivosti o Friedemannovoj ideji je da sugerira da postoji možda važan izvor kisika na planetima potpuno neovisnim o biološkoj evoluciji. Tako bi mogao postojati prirodni pokretač prema oksidaciji površine svijeta, sa svim posljedicama evolucije. Ili možda ne. Poanta je obaviti posao i saznati.
Druga komponenta njegovog rada, koju će Friedemann obaviti s mikrobiologom Lynn Rothschild iz NASA-inog istraživačkog centra Ames, odnosi se na ovo pitanje može li se stvoriti mikro-okruženje koje u okruženjima povezanim s istrošenim magnetskim stijenama i proizvodnjom kisika dopustili bi da se određeni mikroorganizmi koji žive u tim sredinama pre prilagođavaju okolišu bogatom kisikom. Oni će raditi s mikroorganizmima kako bi pokušali riješiti to pitanje.
AM: Emma Banks promatrat će kemijske interakcije u atmosferi Saturnovog Mjeseca Titana. Kako se to povezuje s razumijevanjem kisika na ranoj Zemlji?
CC: Emma gleda drugi abiotski način koji bi mogao biti važan pri oksidaciji svjetske površine. Emma izrađuje kemijske računske modele, sve do kvantne mehaničke razine. Izvodi ih u mnogim kontekstima, ali što je bitno za ovaj prijedlog ima veze s formiranjem izmaglice.
Na Titanu - a možda i na ranoj Zemlji, ovisno o vašem modelu atmosfere rane Zemlje - dolazi do polimerizacije metana (kombinacija molekula metana u veće molekule lanca ugljikovodika) u gornjoj atmosferi. Titanova atmosfera je nekoliko posto metana; gotovo sav ostatak je molekularni dušik. Bombardirana je ultraljubičastom svjetlošću od sunca. Također je bombardiran napunjenim česticama iz Saturnove magnetosfere. Učinak toga, djelujući na metan, CH4, jest razbiti metan i polimerizirati ga u ugljikovodike dužeg lanca.
Ako počnete polimerizirati metan u sve dulje i dulje lance ugljika, svaki put kada dodate još jedan ugljik u lanac, morat ćete se riješiti malo vodika. Na primjer, da biste prešli iz CH4 (metan) u C2H6, (etan), morate se riješiti dva vodika. Vodik je izuzetno lagan atom. Čak i ako čini H2, to je izuzetno lagana molekula, a taj se molekul izgubio s vrha Titove atmosfere, baš kao što je izgubio od vrha Zemljine atmosfere. Ako ispušete vodik s vrha atmosfere, neto učinak je oksidacija površine. Dakle, to je drugi način koji vam daje neto oksidaciju svjetske površine.
Emmu je to zanimalo prvenstveno s obzirom na ono što se događa na Titanu. Ali je također potencijalno relevantan kao vrsta globalnog oksidacijskog mehanizma za ranu Zemlju. I, dovodeći dušik u sliku, zanima je potencijalna proizvodnja aminokiselina iz ovih uvjeta.
AM: Jedna od misterija o ranom životu na Zemlji je kako je preživio štetne učinke ultraljubičastog (UV) zračenja prije nego što je u atmosferi bilo dovoljno kisika da osigura ozonski štit. Janice Bishop, Nathalie Cabrol i Edmond Grin, svi iz Instituta SETI, istražuju neke od ovih strategija.
CC: I tu je puno potencijalnih strategija. Jedno je samo što je dovoljno duboko ispod površine, bilo da govorite o kopnu ili moru, da budete potpuno zaštićeni. Druga je zaštita minerala u samoj vodi. Janice i Lynn Rothschild rade na projektu koji ispituje ulogu minerala željezovog oksida u vodi kao svojevrsnu UV zaštitu.
U nedostatku kisika željezo u vodi bilo bi prisutno kao željezni oksid. (Kad imate više kisika, željezo dodatno oksidira; postaje željezo i ispada.) Željezni oksid potencijalno bi mogao igrati ulogu ultraljubičastog štitnika u ranim oceanima, ili u ranim lokvama ili jezerima. Da biste istražili koliko je dobar kao potencijalni UV-štit, možda biste trebali izvršiti neka mjerenja, uključujući mjerenja u prirodnom okruženju, poput Yellowstonea. A opet, tu je i mikrobiološka komponenta u radu, s Lynnovim sudjelovanjem.
To je povezano s projektom koji Nathalie Cabrol i Edmond Grin provode iz drugačije perspektive. Nathalie i Edmond su jako zainteresirani za Mars. Oboje su u znanstvenom timu Mars Exploration Rover. Pored svog rada na Marsu, Nathalie i Edmond istražuju okruženja na Zemlji kao Marsova analogna nalazišta. Jedna od njihovih tema istraživanja su strategije preživljavanja u sredinama sa visokim UV zračenjem. Postoji jezero visoko šest kilometara na Licancaburu (uspavani vulkan u Andama). Sada znamo da u tom jezeru postoji mikroskopski život. I mi bismo željeli znati kakve su njegove strategije za opstanak u okruženju s visokim UV zračenjem? I to je drugačiji, vrlo empirijski način da se postavi pitanje o tome kako je život preživio u okruženju s visokim UV zračenjem koje je postojalo na ranoj Zemlji.
Ta su četiri projekta povezana, jer imaju veze s porastom kisika na ranoj Zemlji, kako su organizmi preživjeli prije nego što je u atmosferi postojao značajan kisik, i potom, kako se sve to odnosi na Mars.
Izvorni izvor: Astrobiology Magazine
