Har foreslått en ny oppskrift for søk av fremmede liv

For de fleste typer av liv i Universet oksygen kan være en dødelig gift. Men, merkelig nok, det kan betydelig forenkle søk av et slikt liv for astrobiologists. Tenk deg at du får i din tid maskin som kan reise for milliarder av år, men også for å overvinne lys målene i verdensrommet, og alle for å finne liv i Universet. Hvorfor ville du begynne å lete? Anbefalingene fra forskerne kan overraske deg.

Første du skal tenke på at livet kan være lik den kjente jorden liv: gress, trær, som boltrer seg dyr på pund under den blå himmelen og gul sol. Men det er feil tankerekken. Astronomer å gjennomføre en folketelling av planeter i melkeveien, er tilbøyelig til å tro at en stor del av livet i Universet finnes på kloder i bane rundt røde dverger stjerner som er mindre, men mer tallrike enn stjerner som vår Sol. Delvis på grunn av dette mangfoldet, astronomer har for å studere deres egen flid. Ta, for eksempel, rød dverg TRAPPIST-1, som ligger bare 40 lysår fra oss. I 2017, det astronomene oppdaget at den roterer rundt minst syv planeter. Mange nye jorden i hodet med en stjerne NASA, space telescope James Webb vil starte i 2019, og vil være i stand til å utforske planeter av systemet TRAPPIST-1, så vel som mange andre planeter har rød dverg stjerner i søk av livet.

I mellomtiden, ingen vet sikkert hva vil du finne ved å besøke en av disse merkelige verdener i bilen sin av rom-tid, men hvis planeten er lik Jorden, det er sannsynlig at du vil finne bakterier og ikke attraktive megafauna. En studie publisert i januar 24 i tidsskriftet Science Fremskritt, viser at dette interessant faktum kan indikere for søk av romvesener. En av forfatterne David Catling, atmosfæriske kjemiker ved University of Washington i Seattle, ser inn i historien av vår planet for å utvikle en ny oppskrift for å finne encellede liv på fjerne verdener i nær fremtid.

Nå på Jorden, de fleste av livet er mikrobiell, og en grundig lesing av fossile og geokjemiske data av planeten viser at det alltid har vært. Organismer som planter og dyr og oksygen at disse plantene gir til dyrene, de puster, er et relativt nytt fenomen som dukket opp i det siste halv milliarder år. Før det, av fire milliarder år av Jordens historie, de første to milliarder år planeten vår har vært i rollen som "muddy verden" under kontroll av metan-å spise mikrober som oksygen var ikke livet-gi gass, og dødelig gift. Utvikling av fotosyntetiske cyanobacteria bestemt skjebnen til de neste to milliarder år, og "methanogenesis" bakterier ble drevet inn i den mørke steder, hvor de kunne ikke få oksygen underjordiske huler, dype myrer og andre mørke områder der de har levd til nå. Cyanobacteria gradvis greened vår planet sakte fylt atmosfæren med oksygen, og la Grunnlaget for den moderne verden. Hvis du har besøkt vår planet i sin tid maskin alle disse årene, så ni ganger av ti vil du finne bare encellede liv alger, og ville risikere å kveles i en dårlig oksygen luft.

Dette skaper problemer for forskerne som håper å bruke teleskopet James Webb (ikke maskin) for å finne andre verdener med livet. Molekyler i planetens atmosfære kan absorbere den transmitterte lyset fra stjernene, og dermed dannet utskrifter av lys som er synlig for astronomer. Overflod av oksygen i planetens atmosfære – en av de mest åpenbare tegn på mulig liv, fordi å lage det uten biologi er ikke veldig lett. I henhold til astrobiologists, er dette svært reaktiv gass kan være "biosignatures" fordi i høye konsentrasjoner det er "ute av balanse" med miljøet. Oksygen, som regel faller ut av luften i form av rust og andre oxidations på metaller, ikke holdt i gassform, så hvis det er en mye, noe som kan fotosyntetiske liv må hele tiden for å fylle det. Men hvis du tar for eksempel vår planet, astrobiologists erkjenne at oksygen kan være det siste de vil finne er genetikk sier at en kompleks prosess som fotosyntesen oksygen produksjonen ble oppfunnet av cyanobacteria som en uvanlig evolusjonære innovasjon, som ble funnet bare én gang i den lange historien av den terrestriske biosfæren. Følgelig, noen hunter ' s liv på andre planeter vil se gjennom linsen på et teleskop, mest sannsynlig, oksygen-planet. Hva andre biosignature kan se etter at hunter?

I dag, er den beste måten å finne svaret på, er å gå tilbake til vår tid maskin. Bare denne gangen, vil det være den virtuelle maskinen modell, som er nedsenket i den utilgjengelige dypet av anoksiske forbi Jorden (eller den fremmede verden av i dag), å utforske mulige kjemi av gasser i atmosfæren og havet, som kan finne sted. Ved hjelp av data fra gamle raser og andre modeller å velge de beste forutsetninger om kjemien i Jordens miljø for tre milliarder år siden, datamaskinen kan se åpenbar ubalanse – mulig biosignature. Faktisk, det gjorde Catling, arbeider med Josva Kristiansen den Totton og Stephanie Olson, University of California, riverside.

Deres "time machine" er en numerisk tilnærming av det store volumet av luft som er fanget i et stort gjennomsiktig boks med det åpne havet påboksen base; datamaskinen bare beregner hvor som finnes i boksen, gasser vil reagere og bland over tid. Til slutt i samspill gasser ved hjelp av alle "fri energi" i boksen, og nådd likevekt – når en reaksjon vil kreve ekstra energi fra utsiden, som pop oppbrukt. Å sammenligne cocktail oppbrukt gasser med en livlig blanding, fanget i en boks opprinnelig, forskere kan beregne nøyaktig hvor og når den atmosfære av fred var i balanse. Denne tilnærmingen kan reprodusere den mest åpenbare eksempel på atmosfærisk ubalanse som er vår planet – tilstedeværelsen av oksygen og spor av metan. Enkel kjemi viser at disse gassene bør ikke eksistere i lang tid, men på Jorden de eksistere som gjør det klart at noe på vår planet og puster og lever. Men for gamle Jorden uten oksygen modellen viser en helt annen atferd.

"Vår studie gir svaret" til spørsmålet, hvordan å finne anaerob liv på planeten, som jorden, sier Catling. De fleste av livet er enkle — som mikrober, og de fleste av planetene har ennå ikke nådd det stadiet av oksygen-rikt atmosfære. Kombinasjonen av relativt utbredt karbondioksid og metan (i fravær av karbonmonoksid) er biosignature en slik verden.

Kristensen-Totton forklarer mer i detalj: "Tilstedeværelse av metan og karbondioksid på samme tid — en uvanlig fenomen, fordi karbondioksid er den mest oksidert tilstand av karbon og metan (som består av et karbonatom knyttet til fire hydrogenatomer) — tvert imot. For å produsere disse to ekstreme former av oksidasjon i atmosfæren på samme tid svært vanskelig i fravær av liv." Solid planeten med et hav og mer enn 0,1% metan i atmosfæren bør betraktes som potensielt beboelige planeten, forskere sier. Og hvis atmosfærisk metan når 1% nivå og oppover, i dette tilfellet planeten er ikke "potensielt" og "sannsynlig" er bebodd.

Jim Kasting, en stemningsfull kjemiker ved University of Pennsylvania, sa at disse resultatene er "på sporet", til tross for at "ideen om at metan kan bli biosignatures i en anoksiske atmosfære, er relativt gamle."

I tillegg, Catling og hans medforfattere funnet, som deres metan signatur behov for å vise seg selv og hvordan du kan skille det fra nonliving kilder. I deres modell, metan i anoksiske atmosfære av jord-lignende planeter vanligvis har til å reagere med karbondioksid fremdeles i luften, blandet med nitrogen og vanndamp, søle nedbør i form av tunge stoffer. Videre beregninger viste at ingen abiotiske (dvs. nonliving) kilder av metan på en solid planet ikke kan produsere nok gass til å hindre denne prosessen, enten vulkanske gasser, kjemiske reaksjoner i deep sea ventiler og selv faller asteroider. Bare den levende befolkning av metan-å spise bakterier kan forklare gass. Enda viktigere, selv om abiotiske kilder vil gi nok metan, de vil nesten uunngåelig produserer mye av karbonmonoksid-gass, noe som er giftig for dyr, men svært elsket av mange mikrober. Sammen, metan og karbondioksid, i fravær av karbonmonoksid på en solid planeten med et hav kan tolkes som et tegn på liv, som ikke er avhengig av oksygen.

Dette er gode nyheter for astronomer. James Webb-teleskopet være i stand til å direkte bestemme tilstedeværelsen av oksygen i noen potensielt beboelige planeten som vil se i løpet av sin misjon. Hvordan øynene kan skille mellom synlig lys, men ikke se en radio-eller x-ray vision Webb er satt til den infrarøde spektrum — spektrumet, som er ideell for studier av gamle stjerner og galakser, men utført dårlig med oksygen opptaket linjer, hvor de er spredt og sjelden. Noen forskere har uttrykt frykt for at letingen etter liv ville ha å vente på fremveksten av andre, mer i stand teleskoper. Men selv om Webb ikke kunne lett se oksygen, infrarød øyne kan se tegn til oksygen-fritt liv. Teleskopet er i stand til å samtidig oppdage metan, karbondioksid og karbonmonoksid i atmosfærer på noen planeter i nærheten av red dwarf stjerner. For eksempel, i den system av TRAPPIST-1.

Likevel, Webb er usannsynlig å takle den viktigste delen av kriteriene Catling — bestemme den relative mengden av hver gass og ikke kan forstå, for eksempel, produserer metan om en eneste planet av vulkaner, eller promper mikrober. Det er usannsynlig at Webb vil finne anoksiske biosphere på en planet under en rød sol.

Hva er mer Viktig. Livet ser mer viktig enn oksygen.