Obrazový kredit: NASA
Christopher Chyba je hlavným riešiteľom vedúceho tímu inštitútu SETI Astrobiologického inštitútu NASA. Chyba predtým riadila Centrum ústavu SETI pre štúdium života vo vesmíre. Jeho tím NAI sa venuje širokej škále výskumných aktivít a zameriava sa na začiatky života na Zemi a možnosti života na iných svetoch. Vedúci redaktor časopisu Astrobiology Magazine, Henry Bortman, nedávno hovoril s Chyba o niekoľkých projektoch svojho tímu, ktoré preskúmajú pôvod a význam kyslíka v zemskej atmosfére.
Astrobiologický časopis: Mnoho projektov, na ktorých budú členovia vášho tímu pracovať, sa týka kyslíka v zemskej atmosfére. Dnes je kyslík významnou súčasťou vzduchu, ktorý dýchame. Ale na skorej Zemi bola v atmosfére veľmi málo kyslíka. Existuje veľká debata o tom, ako a kedy sa atmosféra planéty okysličila. Môžete vysvetliť, ako výskum vášho tímu pristúpi k tejto otázke?
Christopher Chyba: Obvyklý príbeh, s ktorým pravdepodobne viete, je, že po vývoji kyslíkovej fotosyntézy bol na začiatku Zeme obrovský biologický zdroj kyslíka. To je obvyklý názor. Môže to byť správne a zvyčajným prípadom pri týchto druhoch argumentov nie je to, či je jeden účinok správny alebo nie. Pravdepodobne bolo veľa účinkov. Je to otázka, aký bol dominantný účinok alebo či malo niekoľko účinkov porovnateľného významu.
Výskumník inštitútu SETI Friedemann Freund má úplne nebiologickú hypotézu o vzostupe kyslíka, ktorý má nejakú experimentálnu podporu z laboratórnej práce, ktorú vykonal. Hypotéza je, že keď skaly stuhnú z magmatu, začleňujú malé množstvo vody. Chladenie a následné reakcie vedú k produkcii peroxyskupín (pozostávajúcich z atómov kyslíka a kremíka) a molekulárneho vodíka v horninách.
Potom, keď je horľavá hornina následne zvetraná, vytvárajú peroxické väzby peroxid vodíka, ktorý sa rozkladá na vodu a kyslík. Takže, ak je to správne, jednoducho zvetrávanie vyvrelých hornín bude zdrojom voľného kyslíka do atmosféry. A ak sa pozriete na niektoré z množstiev kyslíka, ktoré Friedemann dokáže uvoľniť z hornín v dobre kontrolovaných situáciách vo svojich počiatočných pokusoch, je možné, že to bol podstatný a významný zdroj kyslíka na začiatku Zeme.
Takže aj na rozdiel od fotosyntézy môže byť v akomkoľvek svete podobnom Zemi taký druh prírodného zdroja kyslíka, ktorý má k dispozícii horľavú aktivitu a tekutú vodu. To by naznačovalo, že oxidácia povrchu by mohla byť niečo, čo by ste očakávali, či už fotosyntéza nastane skoro alebo neskoro. (Samozrejme, načasovanie toho závisí aj od kyslíkových záchytov.) Zdôrazňujem, že v tomto bode je to všetko hypotéza pre oveľa starostlivejšie vyšetrenie. Friedemann doteraz vykonal iba pilotné experimenty.
Jednou zo zaujímavých vecí Friedemannovej myšlienky je, že naznačuje, že na planétach môže existovať dôležitý zdroj kyslíka úplne nezávislý od biologickej evolúcie. Takže by mohla existovať prirodzená hnacia sila smerom k oxidácii povrchu sveta so všetkými z toho vyplývajúcimi dôsledkami pre vývoj. Alebo možno nie. Ide o to urobiť prácu a zistiť to.
Ďalšou zložkou jeho práce, ktorú urobí Friedemann s mikrobiolológom Lynn Rothschildom z Výskumného centra Ames NASA, je otázka, či v prostrediach spojených s poveternostnými horninami a produkciou kyslíka by ste mohli vytvoriť mikroprostredia, ktoré by umožnilo určitým mikroorganizmom žijúcim v týchto prostrediach vopred sa prispôsobiť prostrediu bohatému na kyslík. Budú pracovať s mikroorganizmami, aby sa pokúsili vyriešiť túto otázku.
AM: Emma Banks sa bude zaoberať chemickými interakciami v atmosfére Saturnova mesiaca Titan. Ako to súvisí s porozumením kyslíka na začiatku Zeme?
CC: Emma sa pozerá na iný abiotický spôsob, ktorý by mohol byť dôležitý pri oxidácii povrchu sveta. Emma robí chemické výpočtové modely až po kvantovú mechanickú úroveň. Robí ich vo viacerých kontextoch, ale to, čo je pre tento návrh relevantné, súvisí s tvorbou zákalu.
Na Titane - a pravdepodobne aj na ranej Zemi - v závislosti od modelu atmosféry ranej Zeme - dochádza v hornej atmosfére k polymerizácii metánu (kombinácia molekúl metánu na väčšie molekuly uhľovodíkových reťazcov). Atmosféra Titanu je niekoľko percent metánu; takmer všetok zvyšok je molekulárny dusík. Je bombardované ultrafialovým svetlom zo slnka. Je tiež bombardovaný nabitými časticami zo Saturnovej magnetosféry. Účinkom pôsobenia na metán, CH4, je jeho rozloženie a polymerizácia na uhľovodíky s dlhším reťazcom.
Ak začnete polymerizovať metán na dlhšie a dlhšie uhlíkové reťazce, zakaždým, keď do reťazca pridáte ďalší uhlík, musíte sa zbaviť vodíka. Napríklad, aby ste prešli z CH4 (metán) na C2H6, (etán), musíte sa zbaviť dvoch vodíkov. Vodík je extrémne ľahký atóm. Aj keď je to H2, je to extrémne ľahká molekula a táto molekula sa stratila z hornej časti Titanovej atmosféry, rovnako ako sa stratila z hornej časti zemskej atmosféry. Ak ste z atmosféry odviedli vodík, čistým účinkom je oxidácia povrchu. Je to ďalší spôsob, ako získať čistú oxidáciu povrchu sveta.
Emma sa to zaujíma predovšetkým o to, čo sa deje na Titanovi. Je to však tiež potenciálne dôležitý druh globálneho oxidačného mechanizmu pre Zem. A tým, že do obrazu privádza dusík, zaujíma sa o potenciálnu produkciu aminokyselín z týchto podmienok.
AM: Jednou z tajomstiev raného života na Zemi je to, ako prežila škodlivé účinky ultrafialového (UV) žiarenia predtým, ako bolo v atmosfére dostatok kyslíka na zabezpečenie ozónovej ochrany. Janice Bishop, Nathalie Cabrol a Edmond Grin, všetci z nich v inštitúte SETI, skúmajú niektoré z týchto stratégií.
CC: A existuje veľa potenciálnych stratégií. Jeden z nich je dosť hlboko pod hladinou, či už hovoríte o zemi alebo mori, aby bol úplne chránený. Ďalšou úlohou je chrániť minerály v samotnej vode. Janice a Lynn Rothschild pracujú na projekte, ktorý skúma úlohu minerálov oxidu železitého vo vode ako druhu UV štítu.
Bez kyslíka by bolo železo vo vode prítomné ako oxid železitý. (Ak máte viac kyslíka, železo ďalej oxiduje; stáva sa železným a vypadáva.) Oxid železitý by mohol hrať rolu ultrafialového štítu v skorých oceánoch alebo v skorých rybníkoch alebo jazerách. Aby ste zistili, aké dobré je to ako potenciálny UV štít, je potrebné vykonať niekoľko meraní, vrátane meraní v prírodných prostrediach, napríklad v Yellowstone. A opäť je tu mikrobiologická súčasť práce, do ktorej je zapojená Lynn.
Súvisí to s projektom, ktorý Nathalie Cabrol a Edmond Grin sledujú z inej perspektívy. Nathalie a Edmond sa veľmi zaujímajú o Mars. Obaja sú vo vedeckom tíme Mars Exploration Rover. Nathalie a Edmond popri svojej práci na Marse skúmajú aj prostredie na Zemi ako analógové miesta na Marse. Jednou z tém ich výskumu sú stratégie prežitia v prostredí s vysokým UV žiarením. Na Licancabure je jazero vysoké šesť kilometrov (spiaca sopka v Andách). Teraz vieme, že v tomto jazere je mikroskopický život. A radi by sme vedeli, aké sú jej stratégie pre prežitie v prostredí s vysokým UV žiarením? A to je iný, veľmi empirický spôsob, ako sa dostať k tejto otázke, ako prežil život v prostredí s vysokým UV žiarením, ktoré existovalo na začiatku Zeme.
Všetky tieto štyri projekty sú spojené, pretože súvisia so vzostupom kyslíka na začiatku Zeme, ako prežili organizmy predtým, ako sa v atmosfére nachádzal značný kyslík, a potom, ako sa to všetko týka Marsu.
Pôvodný zdroj: Astrobiology Magazine
