Bildekreditt: NASA
Christopher Chyba er hovedetterforsker for SETI Institute's team for NASAs astrobiologiske institutt. Chyba ledet tidligere SETI-instituttets senter for studier av livet i universet. NAI-teamet hans driver med et bredt spekter av forskningsaktiviteter, og ser på både livets begynnelse på jorden og muligheten for liv i andre verdener. Astrobiology Magazines administrerende redaktør, Henry Bortman, snakket nylig med Chyba om flere av teamets prosjekter som skal utforske opprinnelsen og betydningen av oksygen i jordens atmosfære.
Astrobiology Magazine: Mange av prosjektene som medlemmene av teamet ditt vil jobbe med, har å gjøre med oksygen i jordens atmosfære. I dag er oksygen en betydelig komponent i luften vi puster inn. Men på tidlig jord var det veldig lite oksygen i atmosfæren. Det er mye debatt om hvordan og når klodens atmosfære ble oksygenert. Kan du forklare hvordan teamets forskning vil tilnærme seg dette spørsmålet?
Christopher Chyba: Den vanlige historien, som du sannsynligvis er kjent med, er at etter at oksygenisk fotosyntese utviklet seg, var det da en enorm biologisk oksygenkilde på den tidlige jord. Det er den vanlige utsikten. Det kan være riktig, og hva som vanligvis er tilfelle i denne typen argumenter er ikke om en effekt er riktig eller ikke. Sannsynligvis var mange effekter aktive. Det er et spørsmål om hva som var den dominerende effekten, eller om det var flere effekter av sammenlignbar betydning.
SETI Institute-forsker Friedemann Freund har en fullstendig ikke-biologisk hypotese om økningen av oksygen, som har noe eksperimentell støtte fra laboratoriearbeid som han har gjort. Hypotesen er at når bergarter størkner fra magma, inneholder de små mengder vann. Avkjøling og etterfølgende reaksjoner fører til produksjon av peroksybindinger (bestående av oksygen og silisiumatomer) og molekylært hydrogen i bergartene.
Deretter, når den stollete bergarten deretter blir forvitret, produserer peroksyforbindelsene hydrogenperoksyd, som brytes ned til vann og oksygen. Så hvis dette stemmer, vil ganske enkelt forvitring av stollende bergarter være en kilde til fritt oksygen ut i atmosfæren. Og hvis du ser på noen av mengdene oksygen som Friedemann er i stand til å frigjøre fra bergarter i godt kontrollerte situasjoner i sine første eksperimenter, kan det være at dette var en betydelig og betydelig kilde til oksygen på den tidlige jord.
Så selv bortsett fra fotosyntesen, kan det være en slags naturlig kilde til oksygen i enhver jordlignende verden som hadde stødig aktivitet og flytende vann tilgjengelig. Dette antyder at oksidasjonen av overflaten kan være noe du forventer å skje, enten fotosyntesen skjer tidlig eller sent. (Tidspunktet for dette avhenger selvfølgelig også av oksygenvasken.) Jeg understreker at det hele er en hypotese på dette tidspunktet, for mye mer nøye utredning. Friedemann har bare gjort piloteksperimenter så langt.
Noe av det interessante med Friedemanns ide er at den antyder at det kan være en viktig kilde til oksygen på planeter helt uavhengig av biologisk evolusjon. Så det kan være en naturlig driver mot oksidasjon av overflaten til en verden, med alle følgene som følger for evolusjonen. Eller kanskje ikke. Poenget er å gjøre arbeidet og finne ut av det.
En annen komponent i arbeidet hans, som Friedemann vil gjøre med mikrobiololog Lynn Rothschild ved NASA Ames Research Center, har å gjøre med dette spørsmålet om du i miljøer assosiert med forvitrede stollarter og produksjon av oksygen kunne ha skapt mikro-miljøer som ville ha tillatt at visse mikroorganismer som bor i disse miljøene, hadde forhåndstilpasset seg til et oksygenrikt miljø. De vil jobbe med mikroorganismer for å prøve å ta opp det spørsmålet.
ER: Emma Banks vil se på kjemiske interaksjoner i atmosfæren til Saturns måne Titan. Hvordan binder det seg til å forstå oksygen på den tidlige jord?
CC: Emma ser på en annen abiotisk måte som kan være viktig for å oksidere en verdens overflate. Emma gjør kjemiske beregningsmodeller, helt ned til det kvantemekaniske nivået. Hun gjør dem i en rekke sammenhenger, men hva som er relevant for dette forslaget har å gjøre med disdannelse.
På Titan - og muligens også på den tidlige jorden, avhengig av modellen for atmosfæren til den tidlige jord - er det en polymerisering av metan [kombinasjonen av metanmolekyler til større hydrokarbonkjedemolekyler] i den øvre atmosfæren. Titans atmosfære er flere prosent metan; nesten resten av det er molekylært nitrogen. Det er bombardert med ultrafiolett lys fra solen. Det er også bombardert med ladede partikler fra Saturns magnetosfære. Virkningen av dette, som virker på metan, CH4, er å bryte metan opp og polymerisere den til lengre kjede hydrokarboner.
Hvis du begynner å polymerisere metan til lengre og lengre karbonkjeder, må du kvitte seg med litt hydrogen hver gang du legger til et annet karbon. For å gå fra CH4 (metan) til C2H6, (etan) må du for eksempel kvitte seg med to hydrogener. Hydrogen er et ekstremt lett atom. Selv om det lager H2, er det et ekstremt lett molekyl, og det molekylet er tapt fra toppen av Titans atmosfære, akkurat som det er tapt fra toppen av jordens atmosfære. Hvis du blør hydrogen fra toppen av atmosfæren din, er nettoeffekten å oksidere overflaten. Så det er en annen måte som gir deg en netto oksidasjon av verdens overflate.
Emma er interessert i dette først og fremst med hensyn til hva som skjer på Titan. Men det er også potensielt relevant som en slags global oksidasjonsmekanisme for den tidlige jord. Og når hun bringer nitrogen inn i bildet, er hun interessert i potensiell produksjon av aminosyrer ut av disse forholdene.
ER: Et av mysteriene rundt det tidlige livet på jorden er hvordan det overlevde de skadelige effektene av ultrafiolett (UV) stråling før det var nok oksygen i atmosfæren til å gi et ozonskjold. Janice Bishop, Nathalie Cabrol og Edmond Grin, som alle er sammen med SETI Institute, utforsker noen av disse strategiene.
CC: Og det er mange potensielle strategier der. Man er bare å være dypt nok under overflaten, enten du snakker om landet eller havet, til å være fullstendig skjermet. En annen skal beskyttes av mineraler i selve vannet. Janice og Lynn Rothschild jobber med et prosjekt som undersøker rollen som jernoksidmineraler i vann som et slags UV-skjold.
I fravær av oksygen ville jernet i vann være til stede som jernoksid. (Når du har mer oksygen, oksiderer jernet ytterligere; det blir jernholdig og faller ut.) Jernoksid kan potensielt ha spilt rollen som et ultrafiolett skjold i de tidlige havene, eller i tidlige dammer eller innsjøer. For å undersøke hvor bra det er som et potensielt UV-skjold, er det noen målinger du kanskje vil gjøre, inkludert målinger i naturlige miljøer, for eksempel i Yellowstone. Og nok en gang er det en mikrobiologisk komponent i arbeidet, med Lynns engasjement.
Dette er relatert til prosjektet som Nathalie Cabrol og Edmond Grin forfølger, fra et annet perspektiv. Nathalie og Edmond er veldig interessert i Mars. De er begge med på Mars Exploration Rover-vitenskapsteamet. I tillegg til Mars-arbeidet deres, utforsker Nathalie og Edmond miljøer på Jorden som Mars-analoge nettsteder. Et av temaene deres etterforskning er strategier for overlevelse i miljøer med høyt UV-miljø. Det er en innsjø som er seks kilometer høy på Licancabur (en sovende vulkan på Andesfjellene). Vi vet nå at det er mikroskopisk liv i den innsjøen. Og vi vil vite hva er strategiene for å overleve i UV-miljøet der? Og det er en annen, veldig empirisk måte å komme på dette spørsmålet om hvordan livet overlevde i det høye UV-miljøet som eksisterte på den tidlige jord.
Disse fire prosjektene er alle sammen, fordi de har å gjøre med økningen av oksygen på den tidlige jorden, hvordan organismer overlevde før det var betydelig oksygen i atmosfæren, og deretter, hvordan alt dette forholder seg til Mars.
Originalkilde: Astrobiology Magazine
