Мы терпеливо ждем, когда телескопы, подобные космическому телескопу Джеймса Уэбба, увидят первый свет, и одной из причин этого является его способность изучать атмосферу экзопланет. Идея состоит в том, чтобы искать biosignature s: такие вещи, как кислород и метан. Но новое исследование говорит, что экзопланеты с водородом в их атмосферах являются хорошим местом для поиска инопланетной жизни.
Эта идея идет наперекор здравому смыслу. Водород обычно не рассматривается как биосигнал, хотя некоторые бактерии производят его, когда они разрушают органическое вещество. Но есть и другие причины, которые делают планеты с водородом в их атмосферах целями в поисках жизни.
Новая статья называется "лабораторные исследования жизнеспособности жизни в атмосфере экзопланеты с доминированием H2". - Ведущий автор - Сара Сигер, известный астрофизик и планетолог из Массачусетского технологического института. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.
“Там есть множество пригодных для жизни миров, и мы подтвердили, что земная жизнь может выжить в богатых водородом атмосферах.”
Сара Сигер, ведущий автор, Массачусетский технологический институт.
Как указывают Сигер и ее соавторы, водородная атмосфера - это желательное место для поиска признаков жизни. Это не потому, что сам водород обязательно сигнализирует о присутствии жизни. Это потому, что водород намного легче таких элементов, как азот и кислород, которые присутствуют в атмосфере Земли. Это означает, что водородные атмосферы простираются гораздо дальше в космос и их легче изучать с помощью наших телескопов.
Как пишут авторы, "наиболее наблюдаемыми атмосферами скалистых планет являются те, в которых преобладает молекулярный водород, поскольку низкая плотность газа H2 приводит к экспансивной атмосфере”.
Это утверждение ни в коей мере не является спорным. Но может ли жизнь выжить в такой среде? "Способность жизни противостоять таким экзотическим условиям, однако, не была проверена в этом контексте”, - пишут исследователи. И это подводит нас к сути нашего исследования.
“Мы демонстрируем, что одноклеточные микроорганизмы ( Escherichia coli и дрожжи), которые обычно не обитают в средах с преобладанием Н2, могут выживать и расти в атмосфере 100% Н2”, - пишут они. Ученые указывают на разнообразие газов, которые микроорганизмы могут производить в атмосфере водорода.
”Мы также описываем удивительное разнообразие десятков различных газов, производимых E. coli, в том числе многие уже предложенные в качестве потенциальных биосигнальных газов...", - пишут Сигер и ее коллеги. Это включает в себя список биосигналов: закись азота, аммиак, метанетиол, диметилсульфид, карбонилсульфид и изопрен.
Ученые указывают, что это лабораторные результаты, и они говорят, что лабораторный эксперимент, подобный их, может помочь определить, какие чужеродные атмосферы могут содержать обнаруженную жизнь.
В пресс-релизе Сигер говорит: "Существует множество обитаемых миров, и мы подтвердили, что жизнь на Земле может выжить в богатых водородом атмосферах. Мы определенно должны добавить эти виды планет в меню опций, когда думаем о жизни в других мирах и фактически пытаемся ее найти.”
В далеком прошлом атмосфера Земли была совсем другой, чем сегодня. Здесь не было кислорода, и атмосфера содержала углекислый газ, метан и небольшое количество водорода. Затем произошло то, что известно как великое событие оксигенации (GOE), или как некоторые любят называть его, “кислородный Холокост.”
Во время GOE история Земли изменила свой ход. Около 2,4 миллиарда лет назад появились свидетельства того, что молекулярный кислород начал накапливаться в атмосфере. Этот кислород имел биологический источник: цианобактерии.
Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, были одними из первых форм жизни на Земле. По мере того как они превращали атмосферу в окислительную, другие формы жизни исчезали. На самом деле, почти вся жизнь на Земле в то время вымерла, в то же время, был вымощен путь для многоклеточной жизни.
Но даже после GOE водород задержался в атмосфере Земли. И некоторые древние формы жизни, включая метаногены, потребляют его. Метаногены живут в экстремальных условиях на Земле, таких как горячие источники, глубоко в почве пустыни, глубоко во льду и в гидротермальных источниках. Там они поглощают водород и углекислый газ, а также производят метан.
Метаногены хорошо изучены, и ученые знают, что они могут расти в 80% водородных атмосфер, по крайней мере в лабораториях. Но согласно пресс-релизу, существует не так много исследований, изучающих, как другие микробы могут переносить богатые водородом среды.
”Мы хотели продемонстрировать, что жизнь может выжить и может расти в атмосфере водорода", - говорит Сигер.
В статье команда описывает, как скалистые экзопланеты могут иметь водород в своих атмосферах:
- Экзопланеты могут иметь водород в своей атмосфере из-за выделения газов или захвата его из своих протопланетных дисков по мере их образования. «Экзопланеты, возможно, захватили атмосферу H2 нe из протопланетного диска, в отличие от планет, которые образовали атмосферу H2 из-за выделения газов», - пишут авторы.
- Небольшие планеты с радиусами земной поверхности, меньшими, чем около 1,7, могли образоваться в атмосфере H2 и поддерживать их при условии, что планеты содержат достаточно Fe, и при условии, что планета также содержит воду, а вода и Fe реагируют.
- Планеты, находящиеся дальше от своих звезд, могут удерживать свой водород, который может быть удален звездным излучением.
«Учитывая тот факт, что скалистые экзопланеты с атмосферой, где преобладают H2, легче наблюдать, чем атмосферы, где преобладают N2 или CO2, и что телескопы следующего поколения с возможностью исследования атмосфер скалистых планет появятся в ближайшие несколько лет, важно оценить жизнеспособность для таких планет», - пишут авторы.
Команда сосредоточилась на двух организмах , чтобы увидеть, могут ли они быть жизнеспособными в атмосфере 100% водорода: простой прокариот Escherichia coli и более сложный эукариот, дрожжи. Оба они являются хорошо изученными организмами, которые ученые изучали в течение длительного времени. Это облегчает проведение экспериментов.
Команда выращивала отдельные культуры как дрожжей, так и Escherichia coli. Затем они помещали культуры в баллоны, содержащие суп из богатых питательными веществами материалов, которые организм мог питаться. Затем они удалили кислород из баллонов и заменили его различными газами, представляющими интерес, например, 100% водородом.
Каждый час они извлекали образец из бутылок и подсчитывали количество живых микробов. Процесс отбора проб длился до 80 часов. Сначала произошел демографический бум, так как микробы быстро потребляли питательные вещества. Затем "население" выровнялось. Затем "население" оставалось стабильным, поскольку новые микробы заменяли мертвые.
”Мы рассматриваем чистую 100% водородную атмосферу как контроль; если жизнь может выжить в атмосфере 100% водородной, то она также может выжить в атмосфере с доминированием водорода",- пишут авторы. “Мы показываем, что 100% водородная атмосфера не оказывает вредного воздействия на микроорганизмы, которые обычно не обитают в богатых водородом условиях."В природе, вероятно, нет планет со 100% водородной атмосферой.
- Я не думаю, что астрономам пришло бы в голову, что в водородной среде может быть жизнь.”
Сара Сигер, ведущий автор, Массачусетский технологический институт.
Никто в команде не был удивлен результатами, и они не ожидали, что удивят еще кого-то. Водород не токсичен для организмов, хотя и не является инертным газом. Тем не менее, эксперимент важен, чтобы доказать эту точку зрения.
«Не похоже, что мы заполнили свободное пространство ядом», - говорит Сигер. «Но видеть значит верить, верно? Если никто никогда не изучал их, особенно эукариот, в среде, где преобладает водород, вы захотите провести эксперимент, чтобы проверить это».
Конечно, сам водород не является источником пищи для микробов. Это не было целью эксперимента. Исследователи хотели показать, что жизнь может существовать в водородной среде, если у них есть источник пищи, и что водородная атмосфера не исключает возможности существования жизни.
Ключ к этому исследованию заключается не в том, что водород поддерживает жизнь. Дело в том, что водородные атмосферы гораздо легче увидеть с помощью телескопов, потому что они более обширны. Таким образом, при поиске целей для поиска биосигналов может быть целесообразно исследовать планеты с водородными атмосферами.
«Это довольно сложно объяснить, но этот легкий газ просто делает атмосферу более обширной», - объясняет Сигер. «А для телескопов, чем больше атмосфера по сравнению с фоном звезды планеты, тем легче ее обнаружить».
Читайте также: Солнце менее активно в магнитном отношении, чем другие звезды
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!