אשראי תמונה: נאס"א
כריסטופר צ'יבא הוא החוקר הראשי של צוות המנהלים של מכון SETI של המכון לאסטרוביולוגיה של נאס"א. Chyba לשעבר עמד בראש המרכז לחקר החיים ביקום של מכון SETI. צוות NAI מקיים מגוון רחב של פעילויות מחקריות, בוחן את ראשית החיים בכדור הארץ ואת האפשרות לחיים בעולמות אחרים. העורך המנהל של מגזין אסטרוביולוגיה, הנרי בורטמן, שוחח לאחרונה עם צ'יבא על כמה מהפרויקטים של הצוות שלו שיחקרו את מקורו ומשמעותו של חמצן באווירת כדור הארץ.
מגזין אסטרוביולוגיה: רבים מהפרויקטים שחברי הצוות שלך יעבדו עליהם קשורים לחמצן באטמוספירה של כדור הארץ. כיום חמצן הוא מרכיב משמעותי באוויר שאנו נושמים. אבל בכדור הארץ הקדום, היה מעט מאוד חמצן באטמוספירה. יש ויכוחים רבים לגבי איך ומתי אטמוספירת הכוכב החמצן. האם אתה יכול להסביר כיצד המחקר של הצוות שלך יתקרב לשאלה זו?
כריסטופר צ'יבא: הסיפור הרגיל, שאתה בטח מכיר, הוא שאחרי שהתפתח פוטוסינתזה חמצן, היה אז מקור ביולוגי ענק של חמצן על כדור הארץ הקדום. זו התצוגה הרגילה. יתכן וזה צודק, ובדרך כלל המקרה בטיעונים מסוג זה אינו אם השפעה אחת נכונה או לא. כנראה השפעות רבות היו פעילות. זו שאלה מה הייתה ההשפעה הדומיננטית, או האם היו כמה השפעות בעלות חשיבות דומה.
לחוקר מכון SETI, פרידמן פרוינד, יש השערה לא ביולוגית לחלוטין לגבי עליית החמצן, שיש לו תמיכה ניסיונית בעבודות מעבדה שהוא עשה. ההשערה היא שכאשר סלעים מתמצקים מגמה הם משלבים כמויות קטנות של מים. קירור ותגובות עוקבות מוביל לייצור קישורי פרוקסי (המורכב מאטומי חמצן וסיליקון) ומימן מולקולרי בסלעים.
לאחר מכן, כאשר לאחר מכן הוא סובל מהסלע העקום, קישורי הפרוקסי מייצרים מי חמצן, שמתפרק למים וחמצן. לכן, אם זה נכון, פשוט בליה של סלעים דלקתיים יהיה מקור לחמצן חופשי לאטמוספירה. ואם מסתכלים על כמה מכמויות החמצן שפרידמן מצליח לשחרר מסלעים במצבים מבוקרים היטב בניסויים הראשונים שלו, יכול להיות שזה היה מקור חמצן משמעותי ומשמעותי בכדור הארץ הקדום.
כך שגם מלבד פוטוסינתזה, יתכן שיש סוג של מקור טבעי של חמצן בכל עולם דמוי כדור הארץ שיש בו פעילות דלקתית ומים נוזליים. זה יכול לרמז כי חמצון של פני השטח עשוי להיות משהו שאתה מצפה להתרחש, בין אם פוטוסינתזה מתרחשת מוקדם או מאוחר. (כמובן שעיתוי זה תלוי גם בכיורי חמצן.) אני מדגיש שכולו השערה בנקודה זו, לבדיקה הרבה יותר מדוקדקת. פרידמן עשה רק ניסויי פיילוט עד כה.
אחד הדברים המעניינים ברעיון של פרידמן הוא שהוא מציע שיכול להיות מקור חשוב של חמצן בכוכבי לכת בלתי תלוי לחלוטין מהאבולוציה הביולוגית. יתכן ויהיה נהג טבעי לעבר חמצון פני השטח של העולם, עם כל ההשלכות הנובעות מכך על האבולוציה. או שלא. העניין הוא לעשות את העבודה ולברר.
מרכיב נוסף בעבודתו, שפרידמן יעשה עם המיקרוביולולוג לין רוטשילד ממרכז המחקר של אמס של נאס"א, קשור לשאלה זו האם בסביבות הקשורות לסלעים דלקתיים מבוצרים וייצור חמצן היית יכול ליצור מיקרו-סביבות היה מאפשר למיקרואורגניזמים מסוימים החיים בסביבות אלה להסתגל מראש לסביבה עשירה בחמצן. הם יעשו עבודה עם מיקרואורגניזמים כדי לנסות לטפל בשאלה זו.
AM: אמה בנקס תבחן אינטראקציות כימיות באטמוספירה של טיטאן הירח של שבתאי. איך זה קשור להבנת חמצן בראשית כדור הארץ?
CC: אמה בוחנת דרך אחרת אביוטית שעשויה להיות חשובה בחמצון פני השטח של העולם. אמה עושה מודלים חישוביים כימיים, כל הדרך עד לרמה המכנית הקוונטית. היא עושה אותם במספר קשרים, אך מה שרלוונטי להצעה הזו קשור להיווצרות אובך.
על טיטאן - ואולי גם על כדור הארץ הקדום, תלוי בדגם שלך לאווירה של כדור הארץ הקדום - יש פילמור של מתאן [השילוב של מולקולות מתאן למולקולות שרשרת פחמימניות גדולות יותר] באטמוספירה העליונה. האווירה של טיטאן היא כמה אחוזים מתאן; כמעט כל השאר זה חנקן מולקולרי. זה מופגז באור אולטרה סגול מהשמש. זה מופגז גם בחלקיקים טעונים מהמגנטוספרה של שבתאי. ההשפעה של זה, הפועלת על המתאן, CH4, היא לפרק את המתאן ולפלמוס אותו לפחמימנים בעלי שרשרת ארוכה יותר.
אם תתחיל לבצע פילמור של מתאן לשרשראות פחמן ארוכות וארוכות יותר, בכל פעם שתוסיף פחמן נוסף לשרשרת, תצטרך להיפטר מכמות מימן. לדוגמה, כדי לעבור מ- CH4 (מתאן) ל- C2H6, (אתאן) צריך להיפטר משתי הידרוגנים. מימן הוא אטום קל במיוחד. אפילו אם זה הופך את H2, זו מולקולה קלה במיוחד, והמולקולה הזו אבדה מראש אטמוספירת הטיטאן, בדיוק כמו שהיא אבדה מראש אטמוספירת כדור הארץ. אם מדממים מימן מעל אטמוספירת האטמוספירה, האפקט הנקי הוא לחמצן את פני השטח. אז זו דרך אחרת שמאפשרת לך חמצון נטו של פני העולם.
אמה מעוניינת בכך בעיקר ביחס למה שמתרחש בטיטאן. אבל זה גם רלוונטי פוטנציאלי כסוג של מנגנון חמצון גלובלי לכדור הארץ הקדום. והיא מכניסה את החנקן לתמונה, היא מעוניינת בייצור פוטנציאלי של חומצות אמינו מתנאים אלה.
AM: אחת התעלומות לגבי החיים המוקדמים על כדור הארץ היא איך הוא שרד את ההשפעות המזיקות של קרינת אולטרה סגולה (UV) לפני שהיה מספיק חמצן באטמוספירה בכדי לספק מגן אוזון. ג'ניס בישופ, נטלי קברול ואדמונד גרין, שכולם נמצאים במכון SETI, בוחנים כמה מהאסטרטגיות הללו.
CC: ויש שם הרבה אסטרטגיות פוטנציאליות. אחד הוא פשוט להיות עמוק מספיק מתחת לפני השטח, בין אם אתה מדבר על האדמה או הים, כדי להיות מוגן לחלוטין. אחרת היא להיות מוגנת על ידי מינרלים בתוך המים עצמם. ג'ניס ולין רוטשילד עובדים על פרויקט הבודק את תפקידם של מינרלים תחמוצת הברזל במים כסוג של מגן UV.
בהיעדר חמצן הברזל במים יהיה קיים כתחמוצת הברזל. (כאשר יש לך יותר חמצן, הברזל מתחמצן עוד יותר; הוא הופך להיות ברזלי ונושר.) תחמוצת הברזל יכולה הייתה אולי למלא את התפקיד של מגן אולטרה סגול באוקיינוסים הקדומים, או בבריכות או אגמים מוקדמים. כדי לחקור כמה זה טוב כמגן UV פוטנציאלי, יש כמה מדידות שתרצה לבצע, כולל מדידות בסביבות טבעיות, כמו למשל בג'ולסטון. ושוב יש מרכיב מיקרוביולוגי ביצירה, במעורבותה של לין.
זה קשור לפרויקט שנטלי קאברול ואדמונד גרין רודפים, מנקודת מבט אחרת. נטלי ואדמונד מתעניינים מאוד במאדים. שניהם נמצאים בצוות המדע של Mars Exploration Rover. בנוסף לעבודתם במאדים, נטאלי ואדמונד חוקרים סביבות על פני כדור הארץ כאתרים אנלוגיים של מאדים. אחד מנושאי החקירה שלהם הוא אסטרטגיות להישרדות בסביבות UV גבוהות. יש אגם בגובה שישה קילומטרים על Licancabur (הר געש רדום בהרי האנדים). כעת אנו יודעים שיש חיים מיקרוסקופיים באגם ההוא. ואנחנו רוצים לדעת מהן האסטרטגיות שלה לשרוד בסביבת ה- UV הגבוהה שם? וזו דרך שונה ואמפירית מאוד להגיע לשאלה הזו כיצד שרדו החיים בסביבת ה- UV הגבוהה שקיימה בכדור הארץ הקדום.
ארבעת הפרויקטים הללו קשורים כולם, מכיוון שהם קשורים לעליית החמצן בכדור הארץ הקדום, כיצד אורגניזמים שרדו לפני שהיה חמצן משמעותי באטמוספירה, ואז, איך כל זה קשור למאדים.
המקור המקורי: מגזין אסטרוביולוגיה
