Per la maggior parte delle specie di vita nell'universo, l'ossigeno può essere un veleno mortale. Ma, stranamente, questo può semplificare in modo significativo la ricerca di una tale vita per gli astrobiologi. Immagina di entrare in una macchina del tempo che non solo può viaggiare per miliardi di anni, ma anche superare obiettivi di luce nello spazio, il tutto per trovare la vita nell'universo. Come inizieresti la tua ricerca? I consigli degli scienziati potrebbero sorprendervi.
All'inizio, potresti pensare che la vita possa essere come la vita familiare sulla terra: erba, alberi, animali giocosi in un abbeveratoio sotto il cielo blu e il sole giallo. Ma questa è la linea di pensiero sbagliata. Gli astronomi che censurano i pianeti nella Via Lattea tendono a credere che la maggior parte della vita nell'universo esista su mondi in orbita attorno a stelle nane rosse che sono più piccole ma più numerose di stelle come il nostro Sole. In parte a causa di questa abbondanza, gli astronomi devono studiarli con grande diligenza. Prendiamo, ad esempio, la nana rossa TRAPPIST-1, che dista solo 40 anni luce. Nel 2017, gli astronomi hanno scoperto che almeno sette pianeti simili alla Terra ruotano attorno ad esso. Molti nuovi osservatori, guidati da una stella della NASA,con il James Webb Space Telescope - a partire dal 2019 e potrà conoscere meglio i pianeti del sistema TRAPPIST-1, così come molti altri pianeti vicino a nane rosse in cerca di vita.
Nel frattempo, nessuno sa con certezza cosa troverai visitando uno di questi strani mondi nella tua macchina spazio-temporale, ma se il pianeta assomiglia alla Terra, è molto probabile che troverai microbi e non un'attraente megafauna. Lo studio, pubblicato il 24 gennaio su Science Advances, dimostra cosa potrebbe significare questo fatto curioso per la ricerca di alieni. Uno degli autori del lavoro, David Cutling, chimico dell'atmosfera presso l'Università di Washington a Seattle, sta scrutando la storia del nostro pianeta per sviluppare una nuova ricetta per la ricerca della vita unicellulare su mondi lontani nel prossimo futuro.
La maggior parte della vita sulla Terra oggi è microbica e un'attenta lettura dei dati fossili e geochimici del pianeta mostra che è sempre stato così. Organismi come animali e piante - e l'ossigeno che queste piante producono per respirarli - sono fenomeni relativamente nuovi emersi negli ultimi mezzo miliardo di anni. Prima di allora, su quattro miliardi di anni di storia della Terra, il nostro pianeta ha trascorso i primi due miliardi di anni nel ruolo di un "mondo fangoso" sotto il controllo di microbi che si nutrono di metano, per il quale l'ossigeno non era un gas vitale, ma un veleno mortale. Lo sviluppo dei cianobatteri fotosintetici determinò il destino dei successivi due miliardi di anni, ei microbi "metanogeni" furono spinti in luoghi oscuri dove l'ossigeno non poteva arrivare: grotte sotterranee, paludi profonde e altri territori tenebrosi in cui vivono ancora. I cianobatteri hanno gradualmente reso più verde il nostro pianeta, riempito lentamente la sua atmosfera di ossigeno e gettato le basi per il mondo moderno. Se visitassi il nostro pianeta con la tua macchina del tempo per tutti questi anni, nove volte su dieci troverai solo vita di alghe unicellulari e rischieresti anche di soffocare in un'aria povera di ossigeno.
Ciò rappresenta una sfida per gli scienziati che sperano di utilizzare il James Webb Telescope (piuttosto che una macchina del tempo) per cercare altri mondi della vita. Le molecole nell'atmosfera di un pianeta possono assorbire la luce trasmessa dalle stelle, producendo stampe di luce che gli astronomi possono rilevare. L'abbondanza di ossigeno nell'atmosfera del pianeta è uno degli indicatori più evidenti della vita possibile, perché non è molto facile crearlo senza la biologia. Secondo gli astrobiologi, questo gas altamente reattivo può essere una “biosignatura” perché ad alte concentrazioni “va fuori equilibrio” con l'ambiente. L'ossigeno, di regola, cade dall'aria sotto forma di ruggine e altre ossidazioni sui metalli e non rimane in uno stato gassoso, quindi se ce n'è molto, qualcosa - forse la vita fotosintetica - deve costantemente reintegrarlo. Ma se prendi il nostro pianeta come esempio, gli astrobiologi ammettono che l'ossigeno potrebbe essere l'ultima cosa che trovano: la genetica dice che la fotosintesi complessa come processo di produzione dell'ossigeno è stata inventata dai cianobatteri come un'insolita innovazione evolutiva che è stata trovata solo una volta nella lunga storia della terra biosfera. Di conseguenza, qualsiasi cacciatore per la vita su altri pianeti vedrà attraverso le lenti di un telescopio, molto probabilmente, un pianeta privo di ossigeno. Quali altre firme biologiche può cercare un tale cacciatore?qualsiasi cacciatore per la vita su altri pianeti vedrà attraverso l'obiettivo di un telescopio, molto probabilmente un pianeta privo di ossigeno. Quali altre firme biologiche può cercare un tale cacciatore?qualsiasi cacciatore per la vita su altri pianeti vedrà attraverso l'obiettivo di un telescopio, molto probabilmente un pianeta privo di ossigeno. Quali altre firme biologiche può cercare un tale cacciatore?
Attualmente, il modo migliore per trovare la risposta è tornare alla nostra macchina del tempo. Solo che questa volta sarà già un modello virtuale al computer che si immerge nelle profondità inaccessibili del passato anossico della Terra (o dell'attuale mondo alieno), esplorando la possibile chimica dei gas nell'atmosfera e nell'oceano che potrebbe avere luogo. Utilizzando i dati di vecchie rocce e altri modelli per selezionare le migliori ipotesi sulla chimica dell'ambiente terrestre tre miliardi di anni fa, un computer può rilevare evidenti squilibri - possibili firme biologiche. In realtà, questo è ciò che ha fatto Cutling, lavorando con Joshua Chrissansen-Totton e Stephanie Olson dell'Università della California, Riverside.
La loro "macchina del tempo" è un'approssimazione numerica di un enorme volume d'aria intrappolato in una grande scatola trasparente con un oceano aperto alla base della scatola; il computer calcola semplicemente come i gas nella scatola reagiranno e si mescoleranno nel tempo. Infine, i gas interagenti consumano tutta l '"energia libera" nella scatola e raggiungono l'equilibrio - quando la reazione richiede energia aggiuntiva dall'esterno, come se la soda fosse esaurita. Confrontando un cocktail di gas esausti con la miscela rivitalizzata originariamente rinchiusa nella scatola, gli scienziati possono calcolare esattamente come e quando l'atmosfera del mondo era in equilibrio. Questo approccio potrebbe riprodurre l'esempio più ovvio di squilibrio atmosferico che il nostro pianeta ha: la presenza di ossigeno e tracce di metano. Semplici spettacoli di chimicache questi gas non dovrebbero coesistere per molto tempo, ma coesistono sulla Terra, il che rende chiaro che qualcosa sul nostro pianeta respira e vive. Ma per un'antica Terra senza ossigeno, il modello mostrerebbe un comportamento completamente diverso.
"La nostra ricerca fornisce una risposta" alla domanda su come trovare la vita anossica su un pianeta simile alla Terra, dice Cutling. La maggior parte della vita è semplice - come i microbi - e la maggior parte dei pianeti non ha ancora raggiunto lo stadio delle atmosfere ricche di ossigeno. La combinazione di anidride carbonica e metano relativamente abbondanti (in assenza di monossido di carbonio) è la firma biologica di un tale mondo.
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Chrissansen-Totton spiega in modo più dettagliato: “La presenza di metano e anidride carbonica allo stesso tempo è insolita, perché l'anidride carbonica è lo stato più ossidato del carbonio, e il metano (costituito da un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno) è l'opposto. È molto difficile produrre contemporaneamente queste due forme estreme di ossidazione nell'atmosfera in assenza di vita . Un pianeta solido con un oceano e più dello 0,1% di metano nell'atmosfera dovrebbe essere considerato un pianeta potenzialmente abitabile, dicono gli scienziati. E se il metano atmosferico raggiunge un livello dell'1% o più, allora in questo caso il pianeta non sarà “potenzialmente”, ma “molto probabilmente” abitabile.
Jim Casting, un chimico atmosferico presso l'Università della Pennsylvania, afferma che questi risultati sono "sulla strada giusta", sebbene "l'idea che il metano possa essere una firma biologica in un'atmosfera di anossido è relativamente vecchia".
Inoltre, Cutling ei suoi coautori hanno capito come dovrebbe manifestarsi la loro firma di metano e come distinguerla da fonti non viventi. Secondo il loro modello, il metano nell'atmosfera di un pianeta anossico di tipo terrestre di solito dovrebbe reagire con l'anidride carbonica, che è ancora nell'aria, mescolarsi con azoto e vapore acqueo e piovere come un composto pesante. Ulteriori calcoli hanno mostrato che nessuna fonte abiotica (cioè non vivente) di metano su un pianeta solido sarà in grado di produrre abbastanza gas per interferire con questo processo, che si tratti di inquinamento da gas vulcanico, reazioni chimiche nelle bocche di mare profondo e persino cadute di asteroidi. Solo una popolazione vivente di batteri che mangiano metano può spiegare il gas. Ancora più importante, anche se le fonti abiotiche forniscono abbastanza metano,produrranno quasi inevitabilmente molto monossido di carbonio, un gas velenoso per gli animali ma amato da molti microbi. Insieme, metano e anidride carbonica, in assenza di monossido di carbonio, su un pianeta solido con un oceano potrebbero essere interpretati come un segno di vita indipendente dall'ossigeno.
Questa è una buona notizia per gli astronomi. Il telescopio James Webb farà fatica a rilevare direttamente la presenza di ossigeno su qualsiasi pianeta potenzialmente abitabile che vede durante la sua missione. Proprio come i tuoi occhi possono distinguere la luce visibile, ma non possono vedere la radio oi raggi X, la visione di Webb è sintonizzata sullo spettro dell'infrarosso, una parte dello spettro che è ideale per studiare le stelle e le galassie antiche, ma non si adatta bene alle linee di assorbimento dell'ossigeno, dove sono sparse e rare … Alcuni scienziati temono che la ricerca della vita debba essere rimandata fino a quando non saranno disponibili altri telescopi più capaci. Ma mentre Webb non può vedere l'ossigeno con facilità, i suoi occhi a infrarossi possono vedere perfettamente i segni di una vita priva di ossigeno. Il telescopio è in grado di rilevare simultaneamente il metano,anidride carbonica e monossido di carbonio nelle atmosfere di alcuni pianeti vicino a stelle nane rosse. Ad esempio, nel sistema TRAPPIST-1.
Eppure è improbabile che Webb padroneggi la parte più importante dei criteri di Cutling - determinare la quantità relativa di ciascun gas - e non può capire, ad esempio, se i vulcani oi microbi scoreggianti producono metano su un dato pianeta. È improbabile che Webb trovi una biosfera di anossido su qualsiasi pianeta sotto un sole rosso.
Un'altra cosa è importante. La vita è più importante da cercare dell'ossigeno.
Ilya Khel
