Кредит за изображение: НАСА
Кристофър Чиба е главен изследовател на водещия екип на института SETI на Института по астробиология на НАСА. Чиба преди беше ръководител на Центъра за изучаване на живота във Вселената на института SETI. Неговият екип от NAI провежда широк спектър от изследователски дейности, като разглежда както началата на живота на Земята, така и възможността за живот в други светове. Управляващият редактор на списание Astrobiology Хенри Бортман говори наскоро с Chyba за няколко проекта на неговия екип, които ще изследват произхода и значението на кислорода в земната атмосфера.
Списание за астробиология: Много от проектите, над които ще работят членовете на вашия екип, са свързани с кислорода в земната атмосфера. Днес кислородът е важен компонент на въздуха, който дишаме. Но на ранната Земя имаше много малко кислород в атмосферата. Има много дискусии за това как и кога атмосферата на планетата е станала с кислород. Можете ли да обясните как изследванията на вашия екип ще подходят към този въпрос?
Кристофър Чиба: Обичайната история, с която вероятно сте запознати, е, че след като еволюира кислородната фотосинтеза, на ранна Земя е имало огромен биологичен източник на кислород. Това е обичайният изглед. Може да е правилно и това, което обикновено се случва в този вид аргументи, не е дали един ефект е правилен или не. Вероятно много ефекти са били активни. Въпрос е какъв е бил доминиращият ефект или дали има няколко ефекти от сравнимо значение.
Изследователят на института SETI Фридеман Фройнд има напълно небиологична хипотеза за повишаването на кислорода, която има известна експериментална подкрепа от лабораторната работа, която е извършил. Хипотезата е, че когато скалите се втвърдят от магма, те включват малки количества вода. Охлаждането и последващите реакции водят до получаване на перокси връзки (състоящи се от кислородни и силициеви атоми) и молекулен водород в скалите.
След това, когато магматичната скала впоследствие е изветрена, пероксилните връзки произвеждат водороден пероксид, който се разлага на вода и кислород. Така че, ако това е правилно, просто атмосферните атмосферни скали ще бъдат източник на свободен кислород в атмосферата. И ако погледнете някои от количествата кислород, които Фридеман е в състояние да освободи от скалите при добре контролирани ситуации в първоначалните си експерименти, може би това е съществен и значителен източник на кислород на ранната Земя.
Така че дори освен фотосинтеза, може да има вид естествен източник на кислород във всеки подобен на Земята свят, който е имал магнитна активност и налична течна вода. Това предполага, че окисляването на повърхността може да е нещо, което очаквате да се случи, независимо дали фотосинтезата се случва рано или късно. (Разбира се, времето за това зависи и от потъването на кислород.) Подчертавам, че в този момент всичко е хипотеза за много по-внимателно разследване. Досега Фридеман е правил само пилотни експерименти.
Едно от интересните неща на идеята на Фридман е, че тя предполага, че може да има важен източник на кислород на планетите, напълно независими от биологичната еволюция. Така че може да има естествен двигател към окисляването на повърхността на един свят, с всички произтичащи от това последствия за еволюцията. Или може би не. Въпросът е да свършите работата и да разберете.
Друг компонент от работата му, който Фридеман ще свърши с микробиолога Лин Ротшилд от изследователския център на НАСА Еймс, е свързан с този въпрос дали в среди, свързани с изветрели магматични скали и производството на кислород, бихте могли да създадете микросреди, които би позволил на някои микроорганизми, живеещи в тези среди, да се адаптират предварително към богата на кислород среда. Те ще работят с микроорганизми, за да се опитат да разрешат този въпрос.
AM: Ема Бенкс ще разгледа химичните взаимодействия в атмосферата на лунния титан на Сатурн. Как това се свързва с разбирането на кислорода в ранната Земя?
CC: Ема гледа друг абиотичен начин, който може да е важен за окисляване на повърхността на света. Ема прави химически изчислителни модели, чак до квантово механично ниво. Тя ги прави в редица контексти, но това, което е от значение за това предложение, е свързано с образуването на мъгла.
На Титан - а вероятно и на ранната Земя, в зависимост от вашия модел за атмосферата на ранната Земя - има полимеризация на метан (комбинацията на метанови молекули в по-големи молекули на въглеводородни вериги) в горната атмосфера. Атмосферата на Титан е няколко процента метан; почти цялата останала част е молекулен азот. Той е бомбардиран с ултравиолетова светлина от слънцето. Освен това е бомбардиран със заредени частици от магнитосферата на Сатурн. Ефектът от това, действащ върху метана, СН4, е да разгради метана и да го полимеризира в въглеводороди с по-дълга верига.
Ако започнете да полимеризирате метан в по-дълги и по-дълги въглеродни вериги, всеки път, когато добавите още един въглерод към веригата, ще трябва да се отървете от малко водород. Например, за да преминете от CH4 (метан) до C2H6, (етан), трябва да се отървете от два водорода. Водородът е изключително лек атом. Дори и да направи Н2, това е изключително лека молекула и тази молекула се е изгубила от върха на атмосферата на Титан, точно както е загубена от върха на земната атмосфера. Ако обезвъздушите водорода от върха на атмосферата, нетният ефект е да окисли повърхността. Така че това е друг начин, който ви дава чисто окисляване на световната повърхност.
Ема се интересува от това преди всичко по отношение на това, което се случва на Титан. Но също така е потенциално уместен като вид глобален окислителен механизъм за ранната Земя. И, въвеждайки азот в картината, тя се интересува от потенциалното производство на аминокиселини от тези условия.
AM: Една от загадките за ранния живот на Земята е как е преживяла вредните ефекти на ултравиолетовата (UV) радиация, преди да има достатъчно кислород в атмосферата, за да осигури озонов щит. Джанис Бишъп, Натали Каброл и Едмонд Грин, всички от които са в института SETI, проучват някои от тези стратегии.
CC: И има много потенциални стратегии там. Единият е просто да бъдете достатъчно дълбоко под повърхността, независимо дали говорите за сушата или морето, за да бъдете напълно защитени. Друго е да бъдете екранирани от минерали в самата вода. Джанис и Лин Ротшилд работят по проект, който изследва ролята на минералите на железен оксид във водата като вид UV щит.
При липса на кислород желязото във вода би присъствало като железен оксид. (Когато имате повече кислород, желязото се окислява допълнително; става железно и отпада.) Железният оксид потенциално би могъл да играе ролята на ултравиолетов щит в ранните океани или в ранните водоеми или езера. За да проучите колко е добър като потенциален UV щит, може да искате да направите някои измервания, включително измервания в естествена среда, като например в Йелоустоун. И отново има микробиологичен компонент в работата, с участието на Лин.
Това е свързано с проекта, който Натали Каброл и Едмонд Грин преследват от различна гледна точка. Натали и Едмънд са силно заинтересовани от Марс. Двамата са в научния екип на Mars Exploration Rover. В допълнение към работата си на Марс, Натали и Едмънд изследват околната среда на Земята като аналогови обекти на Марс. Една от техните теми за изследване са стратегии за оцеляване във високо-UV среди. Има езеро с височина шест километра на Ликанкабур (мърчащ вулкан в Андите). Сега знаем, че в това езеро има микроскопичен живот. И бихме искали да знаем какви са стратегиите му за оцеляване във високо-UV средата там? И това е различен, много емпиричен начин да разгледаме въпроса как оцелява животът в средата с високо UV лъчение, съществуваща на ранна Земя.
Всички тези четири проекта са свързани, тъй като те имат общо с покачването на кислород на ранна Земя, как оцеляват организмите, преди да има значително кислород в атмосферата и след това, как всичко това се отнася до Марс.
Оригинален източник: списание Астробиология
