Kép jóváírása: NASA
Christopher Chyba a NASA Astrobiológiai Intézetének a SETI Intézet vezető csoportjának fő kutatója. Chyba korábban a SETI Intézet életét az univerzumban kutatta. NAI csapata széles körű kutatási tevékenységet folytat, mind a földi élet kezdeteit, mind a más világok életének lehetõségét vizsgálja. Az Astrobiology Magazine vezérigazgatója, Henry Bortman, nemrégiben beszélt Chyba-val több csapata projektjéről, amelyek megvizsgálják az oxigén eredetét és jelentőségét a Föld légkörében.
Astrobiology Magazine: Sok olyan projekt, amelyen a csapat tagjai dolgoznak, az oxigéntel kapcsolatos a Föld légkörében. Ma az oxigén jelentős része a levegőnek, amelyet belélegzünk. De a korai Földön nagyon kevés oxigén volt a légkörben. Nagyon sok vita folyik arról, hogy a bolygó légköre miként és mikor került oxigénné. Meg tudja magyarázni, hogy a csapat kutatása hogyan fogja megközelíteni ezt a kérdést?
Christopher Chyba: A szokásos történet, amellyel valószínűleg ismeritek, az, hogy az oxigén fotoszintézis fejlődése után hatalmas biológiai oxigénforrás volt a korai Földön. Ez a szokásos nézet. Lehet, hogy helyes, és általában az ilyen érvek esetében az a helyzet, hogy az egyik hatás helyes-e vagy sem. Valószínűleg sok hatás volt aktív. Kérdés, hogy mi volt a domináns hatás, vagy volt-e több hasonló jelentőségű hatás.
A SETI Intézet kutatója, Friedemann Freund egy teljesen nem biológiai hipotézissel rendelkezik az oxigén növekedése kapcsán, amely némi kísérleti támogatást nyújt az elvégzett laboratóriumi munkákból. A hipotézis az, hogy amikor a kőzetek magmából megszilárdulnak, kis mennyiségű vizet tartalmaznak. A hűtés és az azt követő reakciók peroxi összeköttetésekhez (oxigén- és szilícium-atomokból) és molekuláris hidrogénhez vezetnek a kőzetekben.
Ezután, amikor a mulatszerű kőzet később viharvert, a peroxi összeköttetések hidrogén-peroxidot termelnek, amely vízre és oxigénre bomlik. Tehát, ha ez helyes, egyszerűen időjárási hatású idegen kőzetek szabad oxigén forrásává válnak a légkörbe. És ha megnézzük néhány olyan oxigénmennyiséget, amelyet Friedemann képes a kezelt kísérletek során jól ellenőrzött helyzetekben a sziklákból felszabadítani, akkor valószínű, hogy ez jelentős és jelentős oxigénforrás volt a korai Földön.
Tehát a fotoszintézisen kívül bármilyen Föld-szerű világban lehet egyfajta természetes oxigénforrás, amelyben ideges aktivitás és folyékony víz áll rendelkezésre. Ez arra enged következtetni, hogy a felület oxidációja várhatóan bekövetkezik, függetlenül attól, hogy a fotoszintézis korán vagy később történik-e. (Természetesen ennek ütemezése az oxigén-lefolyóktól is függ.) Hangsúlyozom, hogy ezen a ponton minden hipotézis a sokkal alaposabb vizsgálathoz szükséges. Friedemann eddig csak kísérleti kísérleteket végzett.
A Friedemann ötletének egyik érdekes dolga az, hogy azt sugallja, hogy lehet egy fontos oxigénforrás a bolygókon, a biológiai evolúciótól teljesen független. Tehát természetesen lehet egy mozgatórugó a világ felszínének oxidációja felé, az evolúcióval járó összes következménnyel. Vagy talán nem. A lényeg az, hogy elvégzi a munkát és megtudja.
Munkája egy másik alkotóeleme, amelyet Friedemann a NASA Ames Kutatóközpont Lynn Rothschild mikrobiológusával fog elvégezni, ennek a kérdésnek a kérdése, hogy vajon viharvert iszlámkövekkel és oxigéntermeléssel összefüggő környezetben olyan mikrokörnyezetet hozhat-e létre, amely megengedte volna, hogy bizonyos környezetben élő mikroorganizmusok előzetesen alkalmazkodjanak az oxigénben gazdag környezethez. Mikroorganizmusokkal fognak dolgozni, hogy megpróbálják megválaszolni ezt a kérdést.
AM: Emma Banks a kémiai kölcsönhatásokat fogja vizsgálni a Saturn hold Titan légkörében. Hogyan kapcsolódik ez az oxigén megértéséhez a korai Földön?
CC: Emma egy másik abiotikus módszert keres, amely fontos lehet a világ felületének oxidálásában. Emma kémiai számítási modelleket készít, egészen a kvantummechanikai szintig. Számos kontextusban végzi őket, de a javaslat szempontjából releváns kapcsolatban van a ködképzéssel.
A Titánon - és esetleg a korai Földön is - a korai Föld légkörének modelljétől függően - a felső atmoszférában metán polimerizálódik [a metánmolekulák nagyobb szénhidrogénlánc-molekulákká történő kombinációja]. A titán légköre több százalék metán; szinte az egész többi része molekuláris nitrogén. A nap ultraibolya fényével bombázzák. Bombázzák azt a töltött részecskékkel is, amelyek a Szaturnusz magnetoszférájából származnak. Ennek hatása a metánra, a CH4-re, megbontja a metánt és polimerizálja hosszabb láncú szénhidrogénekké.
Ha elkezdi a metánt polimerizálni hosszabb és hosszabb szénláncokká, akkor minden egyes új szén hozzáadásakor a lánchoz meg kell szabadulnia némi hidrogéntől. Például ahhoz, hogy CH4 (metán) helyett C2H6 (etán) legyen, meg kell szabadulnia két hidrogéntől. A hidrogén rendkívül könnyű atom. Még ha hidrogént is előállít, ez egy rendkívül könnyű molekula, és ez a molekula elveszik a Titán légkör tetején, ugyanúgy, mint a Föld légkörének tetején. Ha a légkör tetejéről hidrogént szállít le, akkor a felület oxidálódásának legfontosabb hatása van. Tehát ez egy másik mód, amely a világ felületének nettó oxidációját biztosítja.
Emma ezt elsősorban a Titánon zajló események iránt érdekli. De potenciálisan releváns globális oxidáló mechanizmusként is a korai Föld számára. És amint a nitrogént bejuttatja a képbe, érdekli az aminosavak lehetséges előállítása ezekből a feltételekből.
AM: A Föld korai életének egyik rejtélye, hogy hogyan élt túl az ultraibolya (UV) sugárzás káros hatásait, mielőtt elegendő mennyiségű oxigén volt a légkörben, hogy ózonvédőt biztosítson. Janice Bishop, Nathalie Cabrol és Edmond Grin, akik mind a SETI Intézetben vannak, feltárják ezen stratégiák egy részét.
CC: És nagyon sok lehetséges stratégia létezik. Az egyik elég mélyen van a felszín alatt, akár a földről, akár a tengerről beszél, hogy teljesen árnyékolt legyen. Egy másik megoldás az ásványok árnyékolása magában a vízben. Janice és Lynn Rothschild egy olyan projekten dolgozik, amely megvizsgálja a vas-oxid ásványok vízben betöltött szerepét egyfajta UV-pajzsként.
Oxigén hiányában a víz a vasban vas-oxid formájában jelenik meg. (Ha több oxigénje van, akkor a vas tovább oxidálódik; vassá válik és kicsapódik.) A vas-oxid az ultraibolya pajzs szerepét játszhatta a korai óceánokban, vagy a korai tavakban vagy tavakban. Annak vizsgálatához, hogy mennyire jó a potenciális UV-pajzs, néhány mérést érdemes elvégezni, ideértve a természetes környezetben, például a Yellowstone-ban végzett méréseket is. És ismét egy mikrobiológiai alkotóelem van a műben, Lynn bevonásával.
Ez kapcsolódik ahhoz a projekthez, amelyet Nathalie Cabrol és Edmond Grin folytat, más szemszögből. Nathalie és Edmond nagyon érdekel a Mars iránt. Mindketten a Mars Exploration Rover tudományos csapatában vannak. A Mars munkáján kívül Nathalie és Edmond Mars analóg helyeként feltárják a Föld környezetét. Az egyik kutatási témájuk a túlélés stratégiái magas UV-környezetben. Van egy hat kilométer magas tó a Licancaburon (egy nyugvó vulkán az Andokban). Most már tudjuk, hogy a tóban mikroszkopikus élet létezik. És szeretnénk tudni, hogy milyen stratégiái vannak annak a túlélésnek az ottani ultra-ultraibolya környezetben? És ez egy másik, nagyon empirikus módszer arra, hogy megválaszoljuk ezt a kérdést, hogy az élet hogyan maradt fenn a korai Földön létező nagy UV sugárzású környezetben.
Ez a négy projekt mind összekapcsolódik, mivel azok kapcsolatban vannak az oxigén növekedésével a korai Földön, azzal, hogy a szervezetek miként maradtak fenn, mielőtt jelentős mennyiségű oxigén volt a légkörben, majd hogyan viszonyul mindez a Marshoz.
Eredeti forrás: Astrobiology Magazine
