Credit de imagine: NASA
Christopher Chyba este investigatorul principal al echipei de conducere a Institutului SETI al Institutului de Astrobiologie NASA. Chyba a condus anterior Centrul Institutului pentru Studiul Vieții în Univers al SETI. Echipa sa NAI urmărește o gamă largă de activități de cercetare, analizând atât începuturile vieții pe Pământ, cât și posibilitatea vieții pe alte lumi. Redactorul general al revistei Astrobiologie, Henry Bortman, a vorbit recent cu Chyba despre câteva dintre proiectele echipei sale care vor explora originea și semnificația oxigenului în atmosfera Pământului.
Revista de astrobiologie: Multe dintre proiectele la care vor lucra membrii echipei tale au legătură cu oxigenul din atmosfera Pământului. Astăzi oxigenul este o componentă semnificativă a aerului pe care îl respirăm. Dar pe Pământul timpuriu, în atmosferă era foarte puțin oxigen. Există multe dezbateri despre cum și când atmosfera planetei s-a oxigenat. Puteți explica modul în care cercetarea echipei dvs. va aborda această întrebare?
Christopher Chyba: Povestea obișnuită, cu care probabil sunteți familiari, este că după ce a evoluat fotosinteza oxigenă, a existat atunci o imensă sursă biologică de oxigen pe Pământul timpuriu. Aceasta este viziunea obișnuită. S-ar putea să fie corect și ceea ce se întâmplă de obicei în aceste tipuri de argumente nu este dacă un efect este corect sau nu. Probabil că multe efecte au fost active. Se pune problema care a fost efectul dominant sau dacă au existat mai multe efecte de o importanță comparabilă.
Cercetătorul Institutului SETI, Friedemann Freund, are o ipoteză complet non-biologică cu privire la creșterea oxigenului, care are un sprijin experimental din partea lucrărilor de laborator pe care le-a făcut. Ipoteza este că, atunci când rocile se solidifică de magmă, încorporează cantități mici de apă. Răcirea și reacțiile ulterioare duc la producerea de legături peroxy (constând din atomi de oxigen și siliciu) și hidrogen molecular în roci.
Apoi, atunci când roca igienă este ulterior împărțită, legăturile peroxy produc peroxid de hidrogen, care se descompune în apă și oxigen. Așadar, dacă acest lucru este corect, simpla intonare a rocilor ignee va fi o sursă de oxigen liber în atmosferă. Și dacă te uiți la unele dintre cantitățile de oxigen pe care Friedemann este capabil să le elibereze din roci în situații bine controlate în experimentele sale inițiale, s-ar putea ca aceasta să fie o sursă substanțială și semnificativă de oxigen pe Pământul timpuriu.
Deci, în afară de fotosinteză, s-ar putea să existe un fel de sursă naturală de oxigen pe orice lume de pe Pământ care avea activitate igienă și apă lichidă disponibilă. Acest lucru ar sugera că oxidarea suprafeței ar putea fi ceva ce așteptați să apară, indiferent dacă fotosinteza se întâmplă devreme sau târziu. (Desigur, momentul acesta depinde și de chiuvetele de oxigen.) Subliniez că aceasta este o ipoteză în acest moment, pentru o investigație mult mai atentă. Friedemann a făcut până acum doar experimente pilot.
Unul dintre lucrurile interesante despre ideea lui Friedemann este că sugerează că ar putea exista o sursă importantă de oxigen pe planetele complet independente de evoluția biologică. Așadar, ar putea exista un motor natural spre oxidarea suprafeței unei lumi, cu toate consecințele care urmează pentru evoluție. Sau poate nu. Ideea este să faci munca și să afli.
O altă componentă a lucrării sale, pe care Friedemann o va face cu microbiolologul Lynn Rothschild al Centrului de Cercetare Ames al NASA, are de a face cu această întrebare dacă în mediile asociate cu roci ignee rezistente și cu producția de oxigen, ați fi putut crea micro-medii care ar fi permis ca anumite microorganisme care trăiesc în acele medii să se adapteze în prealabil unui mediu bogat în oxigen. Ei vor lucra cu microorganisme pentru a încerca să rezolve această întrebare.
A.M: Emma Banks va analiza interacțiunile chimice din atmosfera Titanului lunii lui Saturn. Cum se leagă asta cu înțelegerea oxigenului de pe Pământul timpuriu?
CC: Emma privește un alt mod abiotic care ar putea fi important în oxidarea suprafeței unei lumi. Emma face modele de calcul chimice, până la nivelul mecanic cuantic. Le realizează în mai multe contexte, dar ceea ce este relevant pentru această propunere are legătură cu formarea de ceață.
Pe Titan - și, probabil, și pe Pământul timpuriu, în funcție de modelul dvs. pentru atmosfera de pe Pământul timpuriu - există o polimerizare a metanului (combinația de molecule de metan în molecule cu lanțuri de hidrocarburi mai mari) în atmosfera superioară. Atmosfera lui Titan este de câteva procente de metan; aproape tot restul este azot molecular. Este bombardat cu lumină ultravioletă de la soare. De asemenea, este bombardat cu particule încărcate din magnetosfera lui Saturn. Efectul acesteia, acționând asupra metanului, CH4, este de a rupe metanul și de a-l polimeriza în hidrocarburi cu lanț mai lung.
Dacă începeți să polimerizați metanul în lanțuri de carbon mai lungi și mai lungi, de fiecare dată când adăugați un alt carbon pe lanț, va trebui să scăpați de hidrogen. De exemplu, pentru a merge de la CH4 (metan) la C2H6, (etan) trebuie să scapi de doi hidrogeni. Hidrogenul este un atom extrem de ușor. Chiar dacă face H2, aceasta este o moleculă extrem de ușoară și acea moleculă a pierdut în partea de sus a atmosferei Titan, la fel cum s-a pierdut în partea de sus a atmosferei Pământului. Dacă vă scurgeți hidrogenul în partea de sus a atmosferei dvs., efectul net este de a oxida suprafața. Deci este un alt mod care vă oferă o oxidare netă a suprafeței unei lumi.
Emma este interesată de acest lucru în primul rând în ceea ce are loc pe Titan. Dar este, de asemenea, potențial relevant ca un fel de mecanism de oxidare globală pentru Pământul timpuriu. Și, aducând azot în imagine, este interesată de producția potențială de aminoacizi din aceste condiții.
A.M: Unul dintre misterele despre viața timpurie pe Pământ este modul în care a supraviețuit efectelor dăunătoare ale radiațiilor ultraviolete (UV) înainte să existe suficient oxigen în atmosferă pentru a oferi un scut de ozon. Janice Bishop, Nathalie Cabrol și Edmond Grin, care sunt cu Institutul SETI, explorează unele dintre aceste strategii.
CC: Și există o mulțime de strategii potențiale acolo. Unul este doar suficient de adânc sub suprafață, indiferent dacă vorbești despre țară sau mare, pentru a fi protejat complet. Altul este să fie protejat de minerale în interiorul apei. Janice și Lynn Rothschild lucrează la un proiect care examinează rolul mineralelor de oxid feric din apă ca un fel de scut UV.
În lipsa oxigenului fierul din apă ar fi prezent sub formă de oxid feric. (Când aveți mai mult oxigen, fierul se oxidează în continuare; devine feros și scade.) Oxidul feric ar fi putut juca rolul unui scut ultraviolet în oceanele timpurii sau în bazinele sau lacurile timpurii. Pentru a investiga cât de bine este un potențial scut UV, există anumite măsurători pe care ar putea să le doriți, inclusiv măsurători în medii naturale, cum ar fi în Yellowstone. Și încă o dată există o componentă microbiologică a lucrării, cu implicarea lui Lynn.
Aceasta este legată de proiectul pe care Nathalie Cabrol și Edmond Grin îl urmăresc, dintr-o perspectivă diferită. Nathalie și Edmond sunt foarte interesați de Marte. Amândoi fac parte din echipa de științe Mars Exploration Rover. Pe lângă munca lor pe Marte, Nathalie și Edmond explorează medii pe Pământ ca site-uri analogice ale lui Marte. Unul dintre subiectele lor de investigare este strategiile de supraviețuire în medii cu radiații ultraviolete. Există un lac înalt de șase kilometri pe Licancabur (un vulcan latent în Anzi). Știm acum că există viață microscopică în acel lac. Și am dori să știm care sunt strategiile sale de supraviețuire în mediul cu UV ridicat? Și acesta este un mod diferit, foarte empiric, de a pune această întrebare despre modul în care viața a supraviețuit în mediul înalt UV care exista pe Pământul timpuriu.
Aceste patru proiecte sunt cuplate, deoarece au de-a face cu creșterea oxigenului pe Pământul timpuriu, modul în care organismele au supraviețuit înainte să existe oxigen substanțial în atmosferă și apoi, cum se referă toate acestea la Marte.
Sursa originală: Revista Astrobiologie
