Billedkredit: NASA
Christopher Chyba er den vigtigste efterforsker for SETI Institute's team af NASAs astrobiologiske institut. Chyba var tidligere leder af SETI Institute's Center for Study of Life in the Universe. Hans NAI-team forfølger en bred vifte af forskningsaktiviteter, der ser på både livets begyndelse på Jorden og muligheden for liv i andre verdener. Astrobiology Magazines administrerende redaktør, Henry Bortman, talte for nylig med Chyba om flere af hans teams projekter, der vil undersøge oprindelsen og betydningen af ilt i Jordens atmosfære.
Astrobiology Magazine: Mange af de projekter, som medlemmer af dit team vil arbejde på, har at gøre med ilt i Jordens atmosfære. I dag er ilt en betydelig del af den luft, vi indånder. Men på den tidlige jord var der meget lidt ilt i atmosfæren. Der er en stor debat om, hvordan og hvornår planetens atmosfære blev iltet. Kan du forklare, hvordan dit teams forskning vil nærme sig dette spørgsmål?
Christopher Chyba: Den sædvanlige historie, som du sandsynligvis er bekendt med, er, at efter at iltfotosyntesen udviklede sig, var der derefter en enorm biologisk iltkilde på den tidlige jord. Det er den sædvanlige opfattelse. Det kan være rigtigt, og hvad der normalt er tilfældet i denne slags argumenter er ikke, om en virkning er rigtig eller ej. Sandsynligvis var mange effekter aktive. Det er et spørgsmål om, hvad der var den dominerende virkning, eller om der var flere effekter af sammenlignelig betydning.
SETI Institute-forsker Friedemann Freund har en fuldstændig ikke-biologisk hypotese om stigningen af ilt, som har en vis eksperimentel støtte fra laboratoriearbejde, som han har udført. Hypotesen er, at når klipper størkner fra magma, inkorporerer de små mængder vand. Afkøling og efterfølgende reaktioner fører til produktion af peroxyforbindelser (bestående af ilt og siliciumatomer) og molekylært brint i klipperne.
Derefter produceres peroxy-forbindelserne brintperoxid, som nedbrydes til vand og ilt, når den stødende sten derefter forvitres. Så hvis dette er rigtigt, vil ganske enkelt forvitring af stødende klipper være en kilde til frit ilt i atmosfæren. Og hvis man ser på nogle af de mængder ilt, som Friedemann er i stand til at frigive fra klipper i velkontrollerede situationer i sine indledende eksperimenter, kan det være, at dette var en væsentlig og betydelig kilde til ilt på den tidlige jord.
Så selv bortset fra fotosyntesen kan der være en slags naturlig kilde til ilt på enhver jordlignende verden, der havde stødende aktivitet og flydende vand til rådighed. Dette antyder, at oxidationen af overfladen kan være noget, som du forventer at ske, uanset om fotosyntesen sker tidligt eller sent. (Naturligvis afhænger tidspunktet for dette også af iltfald.) Jeg understreger, at det hele er en hypotese på dette tidspunkt til meget mere omhyggelig undersøgelse. Friedemann har kun udført piloteksperimenter indtil videre.
En af de interessante ting ved Friedemanns idé er, at den antyder, at der kan være en vigtig iltkilde på planeter, der er helt uafhængige af biologisk evolution. Så der kan være en naturlig drivkraft mod oxidation af en verdens overflade med alle de deraf følgende følger for evolutionen. Eller måske ikke. Pointen er at gøre arbejdet og finde ud af det.
En anden komponent i sit arbejde, som Friedemann vil gøre med mikrobiololog Lynn Rothschild fra NASA Ames Research Center, har at gøre med dette spørgsmål om, hvorvidt man i miljøer, der er forbundet med forvitrede stavarter og produktion af ilt, kunne have skabt mikromiljøer, som ville have gjort det muligt for visse mikroorganismer, der bor i disse miljøer, at være forud tilpasset et iltrige miljø. De vil arbejde med mikroorganismer for at prøve at løse det spørgsmål.
ER: Emma Banks vil se på kemiske interaktioner i atmosfæren i Saturns måne Titan. Hvordan binder det sig til at forstå ilt på den tidlige jord?
CC: Emma ser på en anden abiotisk måde, der kan være vigtig for at oxidere en verdens overflade. Emma laver kemiske beregningsmodeller helt ned til det kvantemekaniske niveau. Hun gør dem i en række sammenhænge, men hvad der er relevant for dette forslag har at gøre med disdannelse.
På Titan - og muligvis også på den tidlige jord, afhængigt af din model for atmosfæren i den tidlige jord - er der en polymerisation af methan [kombinationen af methanmolekyler til større carbonhydridkædemolekyler] i den øvre atmosfære. Titans atmosfære er flere procent methan; næsten alt det andet er molekylært nitrogen. Det er bombarderet med ultraviolet lys fra solen. Det er også bombarderet med ladede partikler fra Saturns magnetosfære. Virkningen af det, der virker på metan, CH4, er at nedbryde metanen og polymerisere den i længere kæde kulbrinter.
Hvis du begynder at polymerisere methan i længere og længere kulstofkæder, skal du slippe af med noget brint hver gang du lægger et andet kulstof på kæden. For at gå fra CH4 (methan) til C2H6, (ethan), skal du for eksempel slippe af med to hydrogener. Brint er et ekstremt let atom. Selvom det gør H2, er det et ekstremt let molekyle, og det molekyle er tabt fra toppen af Titans atmosfære, ligesom det er tabt fra toppen af Jordens atmosfære. Hvis du blæser brint fra toppen af din atmosfære, er nettoeffekten at oxidere overfladen. Så det er en anden måde, der giver dig en nettooxidation af verdens overflade.
Emma er interesseret i dette primært med hensyn til hvad der foregår på Titan. Men det er også potentielt relevant som en slags global oxidationsmekanisme for den tidlige jord. Og når hun bringer nitrogen ind i billedet, er hun interesseret i den potentielle produktion af aminosyrer ud af disse forhold.
ER: Et af mysterierne om det tidlige liv på Jorden er, hvordan det overlevede de skadelige virkninger af ultraviolet (UV) stråling, før der var nok ilt i atmosfæren til at give et ozonskjold. Janice Bishop, Nathalie Cabrol og Edmond Grin, som alle er sammen med SETI Institute, undersøger nogle af disse strategier.
CC: Og der er en masse potentielle strategier der. Man er bare at være dybt nok under overfladen, uanset om du taler om landet eller havet, til at være fuldstændigt afskærmet. En anden skal afskærmes af mineraler i selve vandet. Janice og Lynn Rothschild arbejder på et projekt, der undersøger den rolle, jernoxidmineraler spiller i vand som en slags UV-skjold.
I fravær af ilt ville jernet i vand være til stede som jernoxid. (Når du har mere ilt, oxideres jernet yderligere; det bliver jernholdigt og falder ud.) Jernoxid kunne muligvis have spillet rollen som et ultraviolet skjold i de tidlige oceaner eller i tidlige damme eller søer. For at undersøge, hvor godt det er som et potentielt UV-skjold, er der nogle målinger, du måske ønsker at foretage, herunder målinger i naturlige miljøer, såsom i Yellowstone. Og endnu en gang er der en mikrobiologisk komponent i værket med Lynns engagement.
Dette er relateret til det projekt, som Nathalie Cabrol og Edmond Grin forfølger, fra et andet perspektiv. Nathalie og Edmond er meget interesseret i Mars. De er begge med på Mars Exploration Rover videnskabsteam. Ud over deres Mars-arbejde udforsker Nathalie og Edmond miljøer på Jorden som Mars-analoge steder. Et af deres emner for undersøgelse er strategier for overlevelse i miljøer med høj UV. Der er en sø seks kilometer høj på Licancabur (en sovende vulkan i Andesbjergene). Vi ved nu, at der er mikroskopisk liv i den sø. Og vi vil gerne vide, hvad er dens strategier for at overleve i det høje UV-miljø der? Og det er en anden, meget empirisk måde at komme på dette spørgsmål om, hvordan livet overlevede i det høje UV-miljø, der eksisterede på den tidlige jord.
Disse fire projekter er alle forbundet, fordi de har at gøre med urenes stigning på den tidlige jord, hvordan organismer overlevede, før der var betydeligt ilt i atmosfæren, og derefter, hvordan alt dette relaterer til Mars.
Original kilde: Astrobiology Magazine
