Kredit za sliku: NASA
Christopher Chyba glavni je istraživač za vodeći tim Instituta SETI NASA-inog astrobiološkog instituta. Chyba je prije bio na čelu Centra za proučavanje života u svemiru Instituta SETI. Njegov NAI tim provodi širok raspon istraživačkih aktivnosti, promatrajući i početak života na Zemlji i mogućnost života na drugim svjetovima. Glavni urednik časopisa Astrobiology, Henry Bortman, nedavno je razgovarao s Chybom o nekoliko projekata njegovog tima koji će istražiti podrijetlo i značenje kisika u Zemljinoj atmosferi.
Astrobiološki časopis:Mnogi projekti na kojima će članovi vašeg tima raditi odnose se na kisik u Zemljinoj atmosferi. Danas je kisik važna komponenta zraka koji udišemo. Ali na ranoj Zemlji, u atmosferi je bilo vrlo malo kisika. Postoji velika rasprava o tome kako i kada je atmosfera planeta postala oksigenirana. Možete li objasniti kako će istraživanje vašeg tima pristupiti ovom pitanju?
Christopher pretpostavljam:Uobičajena priča, s kojom ste vjerojatno upoznati, je da je nakon evolucije fotosinteze kisikom na ranoj Zemlji postojao ogroman biološki izvor kisika. To je uobičajeni pogled. Možda je ispravno, a ono što je obično slučaj u ovakvim vrstama argumenata nije je li jedan učinak ispravan ili ne. Vjerojatno su mnogi učinci bili aktivni. Pitanje je koji je bio dominantan učinak, odnosno je li postojalo nekoliko učinaka usporedive važnosti.
Istraživač Instituta SETI, Friedemann Freund, ima potpuno nebiološku hipotezu o porastu kisika, koja ima neku eksperimentalnu potporu iz laboratorijskog rada koji je obavio. Hipoteza je da, kada se stijene skrućuju od magme, one sadrže male količine vode. Hlađenje i naknadne reakcije dovode do stvaranja peroksi veza (sastoje se od atoma kisika i silicija) i molekularnog vodika u stijenama.
Zatim, kada se magmatska stijena naknadno istroši, peroksi veze proizvode vodikov peroksid, koji se razgrađuje na vodu i kisik. Dakle, ako je to točno, jednostavno istrošene magmatske stijene bit će izvor slobodnog kisika u atmosferu. A ako pogledate neke od količina kisika koje Friedemann može osloboditi iz stijena u dobro kontroliranim situacijama u svojim početnim eksperimentima, moglo bi biti da je ovo bio značajan i značajan izvor kisika na ranoj Zemlji.
Dakle, čak i osim fotosinteze, mogla bi postojati neka vrsta prirodnog izvora kisika u bilo kojem svijetu nalik Zemlji koji je imao magmatsku aktivnost i tekuću vodu. To bi sugeriralo da bi oksidacija površine mogla biti nešto što očekujete, bilo da se fotosinteza događa rano ili kasno. (Naravno, vrijeme ovoga ovisi i o ponorima kisika.) Naglašavam da je u ovom trenutku sve hipoteza, za mnogo pažljivije istraživanje. Friedemann je dosad radio samo pilot eksperimente.
Jedna od zanimljivosti Friedemannove ideje je da ona sugerira da bi mogao postojati važan izvor kisika na planetima potpuno neovisan o biološkoj evoluciji. Dakle, može postojati prirodni pokretač oksidacije površine svijeta, sa svim posljedicama za evoluciju. Ili možda ne. Poanta je obaviti posao i saznati.
Druga komponenta njegovog rada, koju će Friedemann raditi s mikrobiologom Lynn Rothschild iz NASA-inog istraživačkog centra Ames, odnosi se na ovo pitanje jeste li u okruženjima povezanim s istrošenim magmatskim stijenama i proizvodnjom kisika mogli stvoriti mikrookruženje koje omogućio bi određenim mikroorganizmima koji žive u tim sredinama da se unaprijed prilagode okolišu bogatom kisikom. Radit će s mikroorganizmima kako bi pokušali riješiti to pitanje.
prijepodne:Emma Banks će promatrati kemijske interakcije u atmosferi Saturnovog mjeseca Titana. Kako se to povezuje s razumijevanjem kisika na ranoj Zemlji?
DC:Emma gleda na još jedan abiotički način koji bi mogao biti važan u oksidaciji površine svijeta. Emma radi kemijske računske modele, sve do kvantnomehaničke razine. Ona ih radi u brojnim kontekstima, ali ono što je relevantno za ovaj prijedlog ima veze s stvaranjem magle.
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 ugljikovodičnih lanca] u gornjoj atmosferi. Atmosfera Titana je nekoliko posto metana; gotovo sav ostatak je molekularni dušik. Bombardiran je ultraljubičastim svjetlom sunca. Također je bombardiran nabijenim česticama iz Saturnove magnetosfere. Učinak toga, djelujući na metan, CH4, je razbiti metan i polimerizirati ga u dugolančane ugljikovodike.
Ako počnete polimerizirati metan u sve duže i duže ugljikove lance, svaki put kada dodate još jedan ugljik u lanac, morate 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 stvara H2, to je iznimno lagana molekula, a ta se molekula izgubila s vrha Titanove atmosfere, baš kao što se izgubila s vrha Zemljine atmosfere. Ako ispustite vodik s vrha vaše atmosfere, neto učinak je oksidacija površine. Dakle, to je još jedan način koji vam daje neto oksidaciju površine svijeta.
Emmu to zanima prvenstveno s obzirom na ono što se događa na Titanu. Ali također je potencijalno relevantan kao svojevrsni globalni oksidacijski mehanizam za ranu Zemlju. I, unoseći dušik u sliku, zanima je potencijalna proizvodnja aminokiselina iz ovih stanja.
prijepodne:Jedna od misterija ranog života na Zemlji je kako je preživjela 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 koji rade na SETI institutu, istražuju neke od ovih strategija.
DC:I tu ima puno potencijalnih strategija. Jedan je samo biti dovoljno duboko ispod površine, bilo da govorite o kopnu ili moru, da bude potpuno zaštićen. Drugi je da bude zaštićen mineralima unutar same vode. Janice i Lynn Rothschild rade na projektu koji ispituje ulogu minerala željeznog oksida u vodi kao svojevrsnog UV štita.
U nedostatku kisika, željezo u vodi bilo bi prisutno kao željezni oksid. (Kada imate više kisika, željezo dodatno oksidira; postaje željezo i ispada.) Željezov oksid je potencijalno mogao igrati ulogu ultraljubičastog štita u ranim oceanima, ili u ranim ribnjacima ili jezerima. Da biste istražili koliko je dobar kao potencijalni UV štit, postoje neka mjerenja koja biste mogli napraviti, uključujući mjerenja u prirodnom okruženju, kao što je Yellowstone. I opet postoji mikrobiološka komponenta u radu, uz Lynn sudjelovanje.
To je povezano s projektom koji Nathalie Cabrol i Edmond Grin provode, iz druge perspektive. Nathalie i Edmond jako su zainteresirani za Mars. Obojica su u znanstvenom timu Mars Exploration Rovera. Uz svoj rad na Marsu, Nathalie i Edmond istražuju okoliš na Zemlji kao analogna mjesta na Marsu. Jedna od njihovih tema istraživanja su strategije preživljavanja u okruženjima s visokim UV zračenjem. Na Licancaburu (uspavanom vulkanu u Andama) postoji jezero visoko šest kilometara. Sada znamo da u tom jezeru postoji mikroskopski život. I željeli bismo znati koje su njegove strategije za preživljavanje u tamošnjem okruženju visokog UV zračenja? A to je drugačiji, vrlo empirijski način da se dođe do ovog pitanja kako je život preživio u visokom UV okruženju koje je postojalo na ranoj Zemlji.
Sva su ova četiri projekta povezana, jer imaju veze s porastom kisika na ranoj Zemlji, kako su organizmi preživjeli prije nego što je u atmosferi bilo znatnog kisika, a zatim i kako se sve to odnosi na Mars.
Izvorni izvor: Astrobiološki časopis
