Kuvan luotto: NASA
Christopher Chyba on NASA: n Astrobiologiainstituutin SETI-instituutin johtoryhmän päätutkija. Chyba johti aiemmin SETI-instituutin maailmankaikkeuden elämän tutkimuksen keskusta. Hänen NAI-tiiminsä harjoittaa monenlaista tutkimustoimintaa, jossa tarkastellaan sekä elämän alkua Maapallolla että elämän mahdollisuutta muissa maailmoissa. Astrobiology Magazine -lehden päätoimittaja Henry Bortman puhui äskettäin Chyba'n kanssa useista hänen tiiminsä hankkeista, joissa tutkitaan hapen alkuperää ja merkitystä maan ilmakehässä.
Astrobiology Magazine: Monet hankkeista, joiden parissa tiimisi jäsenet työskentelevät, liittyvät hapeen maapallon ilmakehässä. Nykyään happi on merkittävä osa hengitettävää ilmaa. Mutta varhaisessa maapallossa ilmakehässä oli hyvin vähän happea. On paljon keskustelua siitä, kuinka ja milloin planeetan ilmapiiri hapettunut. Voitko selittää, kuinka ryhmäsi tutkimus lähestyy tätä kysymystä?
Christopher Chyba: Tavallinen tarina, jonka kanssa olet todennäköisesti tuttu, on, että hapellisen fotosynteesin kehittymisen jälkeen varhaisessa maapallossa oli valtava biologinen hapen lähde. Se on tavallinen näkymä. Se voi olla oikein, ja mikä tyypillisesti tapahtuu tällaisissa väitteissä, ei ole se, onko yksi vaikutus oikea vai ei. Todennäköisesti monet vaikutukset olivat aktiivisia. Kysymys on siitä, mikä oli hallitseva vaikutus, vai oliko useita samanarvoisia vaikutuksia.
SETI-instituutin tutkija Friedemann Freundilla on täysin ei-biologinen hypoteesi hapen noususta, ja sillä on jonkin verran kokeellista tukea hänen tekemästä laboratoriotyöstä. Hypoteesi on, että kun kivet kiinteytyvät magmasta, ne sisältävät pieniä määriä vettä. Jäähdytys ja myöhemmät reaktiot johtavat peroksiryhmien (koostuvat happi- ja piiatomeista) ja molekyylin vedyn muodostumiseen kallioissa.
Sitten, kun tuhaton kallio on myöhemmin sää, peroksisilmukka tuottaa vetyperoksidia, joka hajoaa veteen ja happea. Joten, jos tämä on totta, yksinkertaisesti tuulen kiveiden säänkestäminen on ilmaisen happea lähde. Ja jos tarkastelet joitain happimääriä, jotka Friedemann pystyy vapauttamaan kivistä hyvin kontrolloiduissa tilanteissa alkuperäisissä kokeissaan, saattaa olla, että tämä oli merkittävä ja merkittävä hapen lähde varhaisessa maapallossa.
Joten jopa fotosynteesin lisäksi, maapallomaisessa maailmassa voi olla eräänlainen luonnollinen hapen lähde, jolla oli muinaista aktiivisuutta ja nestemäistä vettä. Tämä viittaa siihen, että pinnan hapettuminen voi olla jotain mitä odotat tapahtuvan riippumatta siitä tapahtuuko fotosynteesi aikaisin vai myöhään. (Tietenkin tämän ajoitus riippuu myös hapenpoistimista.) Korostan, että tässä vaiheessa on kaikki oletus paljon huolellisemmasta tutkimuksesta. Friedemann on toistaiseksi tehnyt vain pilottikokeiluja.
Yksi mielenkiintoisista asioista Friedemannin ajatuksessa on, että se ehdottaa, että planeetoilla saattaa olla tärkeä hapen lähde, joka on täysin biologisesta evoluutiosta riippumaton. Joten siellä voi olla luonnollinen ajuri kohti maailman pinnan hapettumista, ja kaikilla tästä seuraavilla evoluution seurauksilla. Tai ehkä ei. Asia on tehdä työ ja selvittää.
Toinen työhönsä liittyvä osa, jonka Friedemann tekee NASA Amesin tutkimuskeskuksen mikrobiolologin Lynn Rothschildin kanssa, liittyy tähän kysymykseen siitä, olisitko voinut luoda mikroympäristöjä ympäristöissä, jotka liittyvät sääolosuhteissa tuntemattomiin kiviin ja hapen tuotantoon. olisi antanut tietyille noissa ympäristöissä eläville mikro-organismeille sopeutua etukäteen happirikkaaseen ympäristöön. He tekevät työtä mikro-organismien kanssa yrittääkseen vastata tähän kysymykseen.
OLEN: Emma Banks tutkii kemiallisia vuorovaikutuksia Saturnuksen kuun Titan ilmakehässä. Kuinka se liittyy ymmärtämään happea aikaisessa maapallossa?
CC: Emma tarkastelee toista abiottista tapaa, joka voi olla tärkeä hapettamaan maailman pintaa. Emma tekee kemiallisia laskennallisia malleja kvanttimekaaniseen tasoon asti. Hän tekee niitä monissa yhteyksissä, mutta tämän ehdotuksen kannalta merkitystä liittyy utujen muodostumiseen.
Titanilla - ja mahdollisesti myös varhaisessa maapallossa, varhaisen maan ilmakehän mallista riippuen - ylä atmosfäärissä tapahtuu metaanin [metaanimolekyylien yhdistelmä suuremmiksi hiilivetyketju molekyyleiksi] polymeroituminen. Titanin ilmakehässä on useita prosentteja metaania; melkein loput siitä on molekyylityppeä. Sitä pommitetaan auringon ultraviolettivalolla. Sitä pommitetaan myös Saturnuksen magnetosfäärin ladattujen hiukkasten kanssa. Tämän vaikutuksena metaaniin, CH4, on hajottaa metaani ylös ja polymeroitua sitä pidemmän ketjun hiilivedyiksi.
Jos aloitat metaanin polymeroinnin pidemmiksi ja pidemmiksi hiiliketjuiksi, joudut eroon vetystä joka kerta, kun lisäät ketjun toisen hiilen. Esimerkiksi siirtyäksesi CH4: stä (metaani) C2H6: een (etaani) täytyy päästä eroon kahdesta vedystä. Vety on erittäin kevyt atomi. Vaikka se tekeekin H2: sta, se on erittäin kevyt molekyyli ja se on kadonnut Titanin ilmakehän yläpuolelta, samoin kuin se on kadonnut maan ilmakehän yläpuolelta. Jos ilmaat vetyä ilmakehän yläpuolelta, nettovaikutus on hapettaa pinta. Joten se on toinen tapa antaa sinulle maailman pinnan nettohapettumisen.
Emma on kiinnostunut tästä ensisijaisesti suhteessa Titanissa tapahtuvaan. Mutta se on myös potentiaalisesti merkityksellinen eräänlaisena maailmanlaajuisena hapettavana mekanismina varhaiselle Maalle. Ja tuoden typpeä kuvaan, hän on kiinnostunut aminohappojen mahdollisesta tuotannosta näistä tiloista.
OLEN: Yksi salaisuuksista varhaisessa elämässä maan päällä on, kuinka se selvisi ultravioletti (UV) -säteilyn vahingollisista vaikutuksista ennen kuin ilmakehässä oli riittävästi happea otsonikilven luomiseksi. Janice Bishop, Nathalie Cabrol ja Edmond Grin, jotka kaikki ovat SETI-instituutin kanssa, tutkivat joitain näistä strategioista.
CC: Ja siellä on paljon potentiaalisia strategioita. Yksi on vain riittävän syvä pinnan alla, puhutte sitten maata tai merta, jotta se olisi täysin suojattu. Toinen on mineraalien suojaama veden sisällä. Janice ja Lynn Rothschild työskentelevät projektissa, jossa tutkitaan rautaoksidimineraalien roolia vedessä eräänlaisena UV-suojana.
Hapen puuttuessa vedessä olevaa rautaa olisi läsnä ferrioksidina. (Kun happea on enemmän, rauta hapettuu edelleen; siitä tulee rautaa ja putoaa pois.) Rautaoksidilla olisi mahdollisesti ollut ultraviolettivaipan rooli varhaisissa valtamereissä tai varhaisissa lampissa tai järvissä. Jotta voitaisiin tutkia, kuinka hyvä se on potentiaalisena UV-suojana, kannattaa tehdä joitain mittauksia, mukaan lukien mittaukset luonnollisessa ympäristössä, kuten esimerkiksi Yellowstone. Ja jälleen kerran teoksessa on mikrobiologinen komponentti Lynnin mukana.
Tämä liittyy Nathalie Cabrolin ja Edmond Grinin toteuttamaan projektiin eri näkökulmasta. Nathalie ja Edmond ovat erittäin kiinnostuneita Marsista. He ovat molemmat Mars Exploration Rover -ryhmän jäseniä. Marsityönsä lisäksi Nathalie ja Edmond tutkivat ympäristöjä maapallolla Marsin analogisina sivustoina. Yksi heidän tutkimuksensa aiheista on selviytymisstrategiat korkean UV-säteilyn ympäristöissä. Licancaburilla (Andien uinuva tulivuori) on kuusi kilometriä korkea järvi. Tiedämme nyt, että järvessä on mikroskooppista elämää. Ja haluaisimme tietää, mitkä ovat sen strategiat selviytyäkseen ultra-UV-ympäristöstä siellä? Ja se on erilainen, hyvin empiirinen tapa päästä käsiksi tähän kysymykseen siitä, kuinka elämä selvisi varhaisessa maapallossa vallitsevassa voimakkaassa ultraviolettiympäristössä.
Nämä neljä hanketta ovat kytketty toisiinsa, koska niillä on kysymys hapen noususta varhaisessa maapallossa, miten organismit selvisivät ennen kuin ilmakehässä oli huomattavaa happea, ja kuinka kaikki tämä liittyy Marsiin.
Alkuperäinen lähde: Astrobiology Magazine
