Søgen efter liv på andre planeter kan få et løft fra biosignaturer

Ved at studere det atmosfæriske indhold af oldtidens og nutidens Jord, Forskere siger, at de har opdaget specifikke kemiske kombinationer, der kunne afsløre tilstedeværelsen af ​​biologisk aktivitet på andre planeter.

Disse biosignaturer, beskrevet i journalen Videnskabens fremskridt , kunne tilbyde et centralt værktøj i søgen efter udenjordisk liv.

"Der er en direkte vej fra konklusionerne af vores arbejde til den mulige opdagelse, som ville være historisk, af livet andre steder, " sagde seniorforfatter David Catling, en planetforsker og astrobiolog ved University of Washington i Seattle.

Tusindvis af planeter uden for vores solsystem, kendt som eksoplaneter, er blevet opdaget i de sidste mange år, hvoraf et lille antal ser ud til at være stenet, Planeter på størrelse med jorden i den rigtige afstand fra deres stjerne til at holde flydende vand. At studere dem med sporbar atmosfære kunne give afgørende fingerpeg om, hvorvidt de er vært for liv.

Efterhånden som kraftfulde nye teleskoper begynder at komme online, forskere forsøger at finde ud af, præcis hvilke atmosfæriske kemikalier de skal lede efter. Trods alt, bare fordi en planet ser ud til at have de rigtige ingredienser til livet, betyder det ikke, at der faktisk bor noget der.

Forskere har fokuseret på nogle få potentielt afslørende molekyler, såsom metan. Metan produceres i store mængder af mikrober på Jorden (inklusive dem i maven på kvæg). Men metan kan også produceres af ikke-biologiske kilder, såsom vulkaner.

Molekylær oxygen (to oxygenatomer bundet sammen) produceres i enorme mængder i dag ved at fotosyntese alger, planter og mikrober. Men den fotosyntesemekanisme er så kompliceret, at videnskabsmænd tror, ​​at den kun har udviklet sig én gang på vores egen planet. Det betyder, at der ikke er nogen garanti for at finde iltproducerende fotosyntese på andre verdener, selvom der eksisterer liv der.

Dermed, at stole på ethvert individuelt kemikalie kan frembringe falske positive eller falske negativer, sagde studieforfatter Stephanie Olson, en astrobiolog og kandidatstuderende ved University of California, Riverside. Men levende ting ændrer deres omgivelser på komplekse måder. Hvad hvis der var en bestemt blanding af molekyler, der ikke ville eksistere uden liv?

At finde ud af, Catlings kandidatstuderende Joshua Krissansen-Totton ledede en undersøgelse, der undersøgte Jordens atmosfære i tre faser af dens eksistens:The Archean (4 milliarder til 2,5 milliarder år siden), Proterozoikum (2,5 milliarder til 541 millioner år siden) og Phanerozoikum (541 millioner år siden til nutiden).

I hver af disse tidsperioder, liv (og selve planeten) så meget anderledes ud. Placer et øjebliksbillede af hver jordisk periode side om side, og de ville ligne helt forskellige planeter.

"Udtrykket Jordlignende refererer slet ikke til en planet, der nødvendigvis ligner nutidens Jord, " sagde Olson. "Det er faktisk et meget bredt begreb, der omfatter en bred vifte af verdener. Det omfatter diset verdener som det arkæiske; det inkluderer iskolde verdener som intervaller med 'sneboldjorden'; den omfatter anoxiske verdener med udelukkende mikrobielle økosystemer; det inkluderer verdener med komplekst og intelligent liv; og det inkluderer verdener, som vi ikke engang har set endnu."

Det er nyttigt for forskere, tilføjede hun, som har brug for flere modeller for, hvordan livet på andre verdener kan se ud.

På trods af deres forskelligheder, hver af disse perioder i Jordens historie deler mindst én egenskab:kemiske ubalancer i deres atmosfære. Det skyldes, at biologisk aktivitet producerer stoffer, der ellers ikke har nogen virksomhed, der eksisterer sammen, sagde Catling.

Tag metan og ilt:Placeret sammen, disse gasser reagerer hurtigt og ødelægger hinanden. Men der er masser af begge dele på jorden, fordi levende ting bliver ved med at lave dem.

"Hvis du finder et system i ligevægt, du har fundet noget, der er dødt. Eller noget der ikke er i live, " sagde Catling. "Når vi ser noget usædvanligt, det er ude af skyggen, det kan være et livstegn."

Folk har talt om denne idé siden 1960'erne, Catling sagde, men havde ikke rigtig kvantificeret det indtil nu. For dette papir, forskerne kørte simuleringer ved hjælp af det kendte kemiske indhold i hver atmosfære for at se, om der fandtes nogen afslørende kemiske uligevægte.

Forskerne fandt ud af, at under Archean, når der var lidt ilt, sameksistensen af ​​metan, nitrogen og kuldioxid i atmosfæren (sammen med flydende vand) ville have været et tegn på, at levende ting var hårdt på arbejde.

"Store strømninger af hver gas i mangel af biologi er virkelig vanskelige at forklare, " Olson sagde om sameksistensen af ​​kuldioxid og metan.

I midten af ​​proterozoikum, da iltproducerende mikrober steg, giveawayen ville være en kombination af ilt, nitrogen og flydende vand. Selv hvis niveauet af atmosfærisk ilt er for lavt til at kunne spores, forskere kunne i stedet lede efter ozon, sagde Olson. Det skyldes, at ozon (sammensat af tre iltatomer) er lavet af reaktioner, der involverer biologisk produceret ilt, og det producerer et meget stærkt signal, der kunne spores selv ved lave niveauer.

I fanerozoikum, som omfatter nutiden, biosignaturerne ville være ilt med nitrogen og vand. (Oxygenniveauer her ville være langt højere og meget lettere at opdage end i midten af ​​proterozoikum.)

Et par af de kemiske cocktails, såsom kombinationen af ​​metan og kuldioxid, kan påvises af fremtidige observatorier som NASAs James Webb Space Telescope, indstillet til lancering i 2019.

"Det giver virkelig folk en vej frem til, hvad de skal fokusere på i deres observationer, "sagde Nikole Lewis, en projektforsker for James Webb, der er baseret på Space Telescope Science Institute i Baltimore.

James Webb vil undersøge en bred vifte af planeter, og at have en bred vifte af biosignaturer og en række planetariske skabeloner er et afgørende værktøj, tilføjede hun. Det er fordi, jo flere planeter de er i stand til at finde, der passer til disse kriterier, jo mere sandsynligt er det, at de opdager de få, der virkelig kan være vært for levende ting.

"Vi vil have en stor nok prøve til, at der forhåbentlig vil være et par stykker, der vil stikke ud som ømme tommelfingre, "Sagde Lewis.

Indtil James Webb og andre teleskoper, der er i stand til at finde dette atmosfæriske indhold, kommer online, jagten på mulige biosignaturer fortsætter, sagde videnskabsmænd.

"I øjeblikket er vi endnu ikke parate til at genkende liv på den fulde mangfoldighed af jordlignende exoplaneter, og vi kan kun forestille os, hvordan livet kan se ud på en planet, der ikke er jordlignende, " sagde Olson. "Det er selvfølgelig et enormt forskningsområde, og jeg tror ikke, vi har fundet ud af det endnu. Men uligevægt er potentielt en særlig stærk vej frem."

©2018 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.