Kujutise krediit: NASA
Christopher Chyba on NASA Astrobioloogia Instituudi SETI Instituudi juhtrühma juhtiv uurija. Chyba juhtis varem SETI instituudi universumi elu uurimise keskust. Tema NAI meeskond tegeleb paljude teadusuuringutega, käsitledes nii elu algust Maal kui ka elu võimalust teistes maailmades. Ajakirja Astrobiology tegevtoimetaja Henry Bortman rääkis hiljuti Chybaga mitmest tema meeskonna projektist, mis uurivad hapniku päritolu ja olulisust Maa atmosfääris.
Ajakiri Astrobiology: Paljud projektid, mille kallal teie meeskonna liikmed töötavad, on seotud Maa atmosfääri hapnikuga. Tänapäeval on hapnik olulise osa õhust, mida hingame. Kuid varakult Maal oli atmosfääris väga vähe hapnikku. Selle üle, kuidas ja millal planeedi atmosfäär hapnikuga rikastati, toimub palju arutelu. Kas saate selgitada, kuidas teie meeskonna uuringud sellele küsimusele lähenevad?
Christopher Chyba: Tavaline lugu, millega olete ilmselt tuttav, on see, et pärast hapniku fotosünteesi tekkimist oli Maa varakult tohutu bioloogiline hapnikuallikas. See on tavaline vaade. See võib olla õige ja tavaliselt juhtub sedalaadi argumentide puhul mitte see, kas üks efekt on õige või mitte. Arvatavasti oli palju efekte aktiivne. Küsimus on selles, milline oli domineeriv mõju või kas oli mitu võrreldava tähtsusega mõju.
SETI Instituudi teadlasel Friedemann Freundil on hapniku tõusu kohta täiesti mittebioloogiline hüpotees, millel on tehtud katsete põhjal katselist tuge. Hüpotees on, et kui kivimid tahkenevad magmast, sisaldavad nad väikeses koguses vett. Jahutamine ja sellele järgnenud reaktsioonid põhjustavad kivimites peroksüside (koosnevad hapniku ja räni aatomitest) ja molekulaarse vesiniku tootmist.
Seejärel, kui tardkivim on hiljem ilmastikutingimustesse ilmnenud, tekitavad peroksüahelad vesinikperoksiidi, mis laguneb veeks ja hapnikuks. Niisiis, kui see on õige, saab lihtsalt rändkivimite ilmastiku atmosfääri vaba hapniku allikas. Ja kui vaadata oma hapnikukoguseid, mida Friedemann suudab oma esimestes katsetes hästi kontrollitud olukorras kivimitest vabastada, siis võib juhtuda, et see oli oluline ja oluline hapnikuallikas varakult Maal.
Niisiis, isegi peale fotosünteesi, võib igas Maa-suguses maailmas olla mingi looduslik hapnikuallikas, millel on rütmiline aktiivsus ja vedel vesi. See viitab sellele, et pinna oksüdeerumine võib olla midagi, mida võite oodata, sõltumata sellest, kas fotosüntees toimub varakult või hilja. (Muidugi sõltub selle ajastus ka hapnikuvajumitest.) Rõhutan, et see on kõik hüpotees, milleks on palju hoolikam uurimine. Friedemann on seni teinud ainult pilootkatseid.
Üks huvitavaid asju Friedemanni idee kohta on see, et see viitab sellele, et planeetidel võib olla oluline hapnikuallikas, mis on bioloogilisest evolutsioonist täiesti sõltumatu. Niisiis võib maailma pinna oksüdeerumise suunas olla loomulik liikumapanev jõud koos kõigi sellest tulenevate tagajärgedega evolutsioonile. Või äkki mitte. Mõte on teha tööd ja teada saada.
Tema töö teine komponent, mida Friedemann teeb NASA Amesi uurimiskeskuse mikrobioloogi Lynn Rothschildiga, on seotud selle küsimusega, kas ilmastiku tuhakivimite ja hapniku tootmisega seotud keskkondades oleksite võinud luua mikrokeskkonnad, mis oleks võimaldanud teatavatel neis keskkondades elavatel mikroorganismidel olla eelnevalt kohanenud hapnikurikka keskkonnaga. Nad proovivad selle küsimusega tegeleda mikroorganismidega.
OLEN: Emma Banks vaatleb keemilisi koostoimeid Saturni kuu Titan atmosfääris. Kuidas on see seotud varajase Maa hapniku mõistmisega?
CC: Emma vaatleb veel ühte abiootilist viisi, mis võib olla oluline maailma pinna oksüdeerimisel. Emma teeb keemilisi arvutusmudeleid, kuni kvantmehaanilise tasemeni. Ta teeb neid mitmetes kontekstides, kuid selle ettepaneku jaoks on oluline udupiirkonna moodustamine.
Titaanil - ja võib-olla ka varajasel Maakeral, sõltuvalt teie varajase Maa atmosfääri mudelist - atmosfääri ülaosas toimub metaani (metaanimolekulide kombineerimine suuremateks süsivesinikahela molekulideks) polümerisatsioon. Titani atmosfääris on mitu protsenti metaani; peaaegu kogu ülejäänud osa on molekulaarne lämmastik. Seda pommitatakse päikese ultraviolettvalgusega. Seda pommitatakse ka Saturni magnetosfäärist laetud osakestega. Selle toimel metaanile, CH4, laguneb metaan üles ja polümeriseerub see pikema ahelaga süsivesinikuks.
Kui hakkate metaani polümeriseerima pikemateks ja pikemateks süsinikuahelateks, peate iga kord ahelale teise süsiniku lisamisel vabanema vesinikust. Näiteks CH4 (metaan) C2H6 (etaan) saamiseks peate vabanema kahest vesinikust. Vesinik on äärmiselt kerge aatom. Isegi kui see muudab H2, on see äärmiselt kerge molekul ja see molekul on kadunud Titani atmosfääri ülaosast, just nagu see on kadunud Maa atmosfääri ülaosast. Kui õhust eraldate atmosfääri küljest vesiniku, on selle pind oksüdeeriv. Nii et see on veel üks viis, mis annab teile maailma pinna netoksüdatsiooni.
Emma on sellest huvitatud peamiselt Titanil toimuva osas. Kuid see on potentsiaalselt asjakohane ka varajase Maa globaalse oksüdeerumismehhanismina. Ja lämmastikku pildile viies on ta huvitatud aminohapete võimalikust tootmisest nendest tingimustest.
OLEN: Üks Maa varase elu saladusi on see, kuidas ta elas üle ultraviolettkiirguse (UV) kiirguse kahjuliku mõju enne, kui atmosfääris oli osoonikilbi saamiseks piisavalt hapnikku. Janice Bishop, Nathalie Cabrol ja Edmond Grin, kes kõik on koos SETI Instituudiga, uurivad mõnda neist strateegiatest.
CC: Ja seal on palju potentsiaalseid strateegiaid. Üks on lihtsalt piisavalt sügaval pinna all, kas räägite maast või merest, et olla täielikult varjestatud. Teine võimalus on kaitsta mineraalidest vees endas. Janice ja Lynn Rothschild töötavad projekti kallal, mille eesmärk on uurida raud (III) oksiidmineraalide rolli UV-kiirguskilbina.
Hapniku puudumisel sisalduks vees raud raudoksiidina. (Kui teil on rohkem hapnikku, oksüdeerub raud veelgi; raud muutub rauddeks ja langeb välja.) Raudoksiid võis mängida ultraviolettkilbi rolli varajastes ookeanides või varajastes tiikides või järvedes. Uurimaks, kui hea see on potentsiaalse UV-kilbina, võiksite teha mõned mõõtmised, sealhulgas mõõtmised looduskeskkonnas, näiteks Yellowstone'is. Ja taas on teoses mikrobioloogiline komponent, milles osaleb ka Lynn.
See on seotud projektiga, mida Nathalie Cabrol ja Edmond Grin teostavad, erinevast vaatenurgast. Nathalie ja Edmond tunnevad Marsi vastu suurt huvi. Nad on mõlemad Mars Exploration Roveri teadusmeeskonnas. Lisaks oma Marsi tööle uurivad Nathalie ja Edmond Maa keskkondi Marsi analoogsaitidena. Üks nende uurimisteema on kõrge ultraviolettkiirgusega keskkonnas ellujäämise strateegiad. Licancaburil (Andide uinunud vulkaan) on kuue kilomeetri kõrgune järv. Nüüd teame, et selles järves on mikroskoopiline elu. Ja me tahaksime teada, millised on selle strateegiad seal kõrge ultraviolettkiirgusega keskkonnas ellujäämiseks? Ja see on teistsugune, väga empiiriline viis käsitleda seda küsimust, kuidas elu püsis varase Maa peal eksisteerinud ultraviolettvalguse käes.
Need neli projekti on kõik ühendatud, kuna need on seotud hapniku tõusuga varajases Maal, kuidas organismid ellu jäid, enne kui atmosfääris oli märkimisväärset hapnikku, ja kuidas see kõik Marsiga seotud on.
Algne allikas: ajakiri Astrobiology
