Obrazový kredit: NASA
Christopher Chyba je hlavním řešitelem vedoucího týmu institutu SETI astrobiologického ústavu NASA. Chyba dříve vedla Centrum institutu SETI pro studium života ve vesmíru. Jeho tým NAI se věnuje celé řadě výzkumných aktivit a věnuje se jak začátkům života na Zemi, tak možnosti života na jiných světech. Vedoucí redaktor časopisu Astrobiology Magazine, Henry Bortman, nedávno hovořil s Chyba o několika projektech svého týmu, které prozkoumají původ a význam kyslíku v zemské atmosféře.
Astrobiologický časopis: Mnoho projektů, na kterých budou členové vašeho týmu pracovat, musí souviset s kyslíkem v zemské atmosféře. Dnes je kyslík významnou součástí vzduchu, který dýcháme. Ale na rané Zemi byla v atmosféře jen velmi málo kyslíku. Existuje velká debata o tom, jak a kdy se atmosféra planety okysličila. Můžete vysvětlit, jak výzkum vašeho týmu přistoupí k této otázce?
Christopher Chyba: Obvyklý příběh, s nímž jste pravděpodobně obeznámeni, je ten, že po vývoji kyslíkové fotosyntézy byl na počátku Země obrovský biologický zdroj kyslíku. To je obvyklý názor. Může to být správné a v těchto druzích argumentů obvykle není, zda je jeden účinek správný nebo ne. Pravděpodobně bylo mnoho účinků. Je to otázka, jaký byl dominantní účinek, nebo zda došlo k několika účinkům srovnatelné důležitosti.
Výzkumník SETI Institute Friedemann Freund má zcela nebiologickou hypotézu o vzestupu kyslíku, který má nějakou experimentální podporu z laboratorní práce, kterou udělal. Hypotéza je taková, že když skály ztuhnou z magmatu, začleňují malé množství vody. Chlazení a následné reakce vedou k tvorbě peroxických vazeb (sestávajících z atomů kyslíku a křemíku) a molekulárního vodíku ve skalách.
Když je následně hornina následně zvětralá, peroxové vazby produkují peroxid vodíku, který se rozkládá na vodu a kyslík. Pokud je tomu tak, jednoduše zvětralé vyvřelé horniny budou zdrojem volného kyslíku do atmosféry. A když se podíváte na některá množství kyslíku, které Friedemann dokáže uvolnit z hornin v dobře kontrolovaných situacích v jeho počátečních experimentech, je možné, že to byl podstatný a významný zdroj kyslíku na počátku Země.
Takže i na rozdíl od fotosyntézy by v jakémkoli světě podobném Zemi mohl existovat druh přírodního zdroje kyslíku, který měl k dispozici igneous aktivitu a tekutou vodu. To by naznačovalo, že oxidace povrchu může být něco, co očekáváte, ať už se jedná o fotosyntézu brzy nebo pozdě. (Samozřejmě, načasování toho závisí také na kyslíkových výlevkách.) Zdůrazňuji, že v tomto bodě je vše hypotéza pro mnohem pečlivější vyšetřování. Friedemann zatím provedl pouze pilotní experimenty.
Jednou ze zajímavých věcí Friedemannovy myšlenky je, že naznačuje, že na planetách může existovat důležitý zdroj kyslíku zcela nezávislý na biologické evoluci. Mohl by tedy existovat přirozený tahoun k oxidaci povrchu světa se všemi následnými důsledky pro vývoj. Nebo možná ne. Jde o to udělat práci a zjistit to.
Další složkou jeho práce, kterou udělá Friedemann s mikrobiolologem Lynn Rothschild z Výzkumného střediska NASA Ames, je otázka, zda v prostředích spojených se zvětralými vyvřelými horninami a produkcí kyslíku můžete vytvořit mikroprostředí, která by umožnilo určitým mikroorganismům žijícím v těchto prostředích předem se přizpůsobit prostředí bohatému na kyslík. Budou dělat práci s mikroorganismy, aby se pokusili tuto otázku vyřešit.
DOPOLEDNE: Emma Banks bude zkoumat chemické interakce v atmosféře Saturnova měsíce Titan. Jak to souvisí s porozuměním kyslíku na počátku Země?
CC: Emma se dívá na jiný abiotický způsob, který by mohl být důležitý při oxidaci povrchu světa. Emma provádí chemické výpočetní modely, až na kvantovou mechanickou úroveň. Dělá je v mnoha kontextech, ale to, co je pro tento návrh relevantní, souvisí s tvorbou zákalů.
Na Titanu - a možná také na rané Zemi, v závislosti na modelu atmosféry rané Země - dochází v horní atmosféře k polymerizaci methanu (kombinace molekul metanu na větší molekuly uhlovodíkových řetězců). Atmosféra Titanu je několik procent metanu; téměř celý zbytek je molekulární dusík. Je bombardována ultrafialovým světlem ze slunce. Je také bombardována nabitými částicemi ze Saturnovy magnetosféry. Účinkem toho, působícího na methan, CH4, je rozložit metan a polymerizovat ho na uhlovodíky s dlouhým řetězcem.
Pokud začnete polymerovat metan na delší a delší uhlíkové řetězce, pokaždé, když do řetězce přidáte další uhlík, musíte se zbavit nějakého vodíku. Například, pokud chcete přejít z CH4 (methanu) na C2H6, (ethanu), musíte se zbavit dvou vodíků. Vodík je extrémně lehký atom. I když vytváří H2, je to extrémně lehká molekula a ta molekula se ztratila z horní části Titanovy atmosféry, stejně jako ztratila z horní části zemské atmosféry. Pokud jste odvzdušnili vodík z horní části atmosféry, je čistým efektem oxidace povrchu. Je to tedy další způsob, který vám dává čistou oxidaci povrchu světa.
Emma to zajímá především s ohledem na to, co se děje na Titanu. Ale je také potenciálně relevantní jako druh globálního oxidačního mechanismu pro ranou Zemi. A přivedením dusíku do obrazu se zajímá o potenciální produkci aminokyselin z těchto podmínek.
DOPOLEDNE: Jednou z tajemství raného života na Zemi je to, jak přežilo škodlivé účinky ultrafialového (UV) záření dříve, než bylo v atmosféře dostatek kyslíku, aby poskytl ozónový štít. Janice Bishop, Nathalie Cabrol a Edmond Grin, z nichž všichni jsou v institutu SETI, zkoumají některé z těchto strategií.
CC: A existuje mnoho možných strategií. Jeden je jenom dost hluboko pod hladinou, ať už mluvíte o zemi nebo moři, aby byl zcela chráněn. Dalším úkolem je chránit minerály uvnitř samotné vody. Janice a Lynn Rothschild pracují na projektu, který zkoumá roli minerálů oxidu železitého ve vodě jako druh UV štítu.
V nepřítomnosti kyslíku by bylo železo ve vodě přítomno jako oxid železitý. (Když máte více kyslíku, železo se dále oxiduje; stává se železným a vypadává.) Oxid železitý by mohl hrát roli ultrafialového štítu v časných oceánech nebo v časných rybnících nebo jezerech. Chcete-li prozkoumat, jak dobrý je potenciální UV štít, je třeba provést některá měření, včetně měření v přírodním prostředí, jako je Yellowstone. A ještě jednou je v práci mikrobiologická složka s Lynnovou účastí.
Souvisí to s projektem, který Nathalie Cabrol a Edmond Grin sledují z jiné perspektivy. Nathalie a Edmond se velmi zajímají o Mars. Oba jsou ve vědeckém týmu Mars Exploration Rover. Kromě práce na Marsu zkoumají Nathalie a Edmond prostředí na Zemi jako analogové weby na Marsu. Jedním z jejich témat výzkumu jsou strategie přežití v prostředí s vysokým UV zářením. Na Licancaburu je jezero vysoké šest kilometrů (spící sopka v Andách). Nyní víme, že v tom jezeře je mikroskopický život. A rádi bychom věděli, jaké jsou její strategie přežití v prostředí s vysokým UV zářením? A to je jiný, velmi empirický způsob, jak se dostat k této otázce, jak život přežil v vysokém UV prostředí, které existovalo na počátku Země.
Všechny tyto čtyři projekty jsou spojeny, protože mají co do činění se vzestupem kyslíku na počátku Země, jak organismy přežily dříve, než v atmosféře existoval značný kyslík, a pak, jak to všechno souvisí s Marsem.
Původní zdroj: Astrobiology Magazine
