Fotoğraf kredisi: NASA
Christopher Chyba, NASA Astrobiyoloji Enstitüsü SETI Enstitüsü lider ekibinin baş araştırmacısıdır. Chyba daha önce SETI Enstitüsü'nün Evrendeki Yaşam Araştırmaları Merkezi'ne başkanlık ediyordu. NAI ekibi, hem yaşamın Dünya'daki başlangıcına hem de diğer dünyalardaki yaşam olasılığına bakarak çok çeşitli araştırma aktiviteleri yürütüyor. Astrobiyoloji Dergisi’nin yönetim editörü Henry Bortman yakın zamanda Chyba ile ekibinin Dünya atmosferindeki oksijenin kökeni ve önemini araştıracak birkaç projesi hakkında konuştu.
Astrobiyoloji Dergisi: Ekibinizin üyelerinin üzerinde çalışacağı projelerin birçoğunun Dünya atmosferindeki oksijenle ilgisi vardır. Bugün oksijen soluduğumuz havanın önemli bir bileşenidir. Ama erken Dünya'da, atmosferde çok az oksijen vardı. Gezegenin atmosferinin nasıl ve ne zaman oksijenlendiği hakkında çok fazla tartışma var. Ekibinizin araştırmasının bu soruya nasıl yaklaşacağını açıklayabilir misiniz?
Christopher Chyba: Muhtemelen tanıdığınız olağan hikaye, oksijenli fotosentez geliştikten sonra, erken Dünya'da büyük bir biyolojik oksijen kaynağı olduğudur. Her zamanki görüş budur. Doğru olabilir ve bu tür argümanlarda genellikle durum, bir etkinin doğru olup olmadığı değildir. Muhtemelen birçok etki aktifti. Bu, baskın etkinin ne olduğu veya karşılaştırılabilir öneme sahip birkaç etkinin olup olmadığı sorusudur.
SETI Enstitüsü araştırmacısı Friedemann Freund, oksijenin yükselmesi hakkında tamamen biyolojik olmayan bir hipoteze sahiptir, bu da yaptığı laboratuvar çalışmasından bazı deneysel desteklere sahiptir. Hipotez, kayalar magmadan katılaştıklarında az miktarda su içerdikleridir. Soğutma ve müteakip reaksiyonlar, kayalarda peroksi bağlantılarının (oksijen ve silikon atomlarından oluşan) ve moleküler hidrojen üretimine yol açar.
Daha sonra, magmatik kaya daha sonra yıprandığında, peroksi bağlantıları su ve oksijene ayrışan hidrojen peroksit üretir. Yani, eğer bu doğruysa, sadece magmatik kayaçların havaya maruz kalması atmosfere serbest oksijen kaynağı olacaktır. Ve ilk deneylerinde Friedemann'ın iyi kontrollü durumlarda kayalardan salgılayabileceği bazı oksijen miktarlarına bakarsanız, bu, erken Dünya'da önemli ve önemli bir oksijen kaynağı olabilir.
Bu nedenle, fotosentez dışında bile, Dünya benzeri herhangi bir dünyada, magmatik aktivite ve sıvı su bulunan bir tür doğal oksijen kaynağı olabilir. Bu, yüzeyin oksidasyonunun, fotosentez erken veya geç olursa olsun gerçekleşmesini beklediğiniz bir şey olabileceğini düşündürmektedir. (Tabii ki, bunun zamanlaması da oksijen evrelerine bağlıdır.) Bu noktada çok daha dikkatli bir araştırma için hepsinin bir hipotez olduğunu vurguluyorum. Friedemann’ın şimdiye kadar yalnızca pilot deneyleri yapıldı.
Friedemann’ın fikri hakkındaki ilginç şeylerden biri, gezegenlerde biyolojik evrimden tamamen bağımsız önemli bir oksijen kaynağı olabileceğini düşündürmesidir. Dolayısıyla, evrim için ortaya çıkan tüm sonuçlarla birlikte, bir dünya yüzeyinin oksidasyonuna doğru doğal bir itici güç olabilir. Ya da olmayabilir. Mesele işi yapmak ve bulmaktır.
Friedemann'ın NASA Ames Araştırma Merkezi'nden mikrobiyolog Lynn Rothschild ile yapacağı çalışmasının bir başka bileşeni, yıpranmış magmatik kayaçlar ve oksijen üretimi ile ilgili ortamlarda, bu mikro ortamları yaratıp yaratamayacağınızla ilgilidir. bu ortamlarda yaşayan bazı mikroorganizmaların oksijen bakımından zengin bir ortama önceden adapte olmasına izin verirdi. Bu soruyu ele almaya çalışmak için mikroorganizmalarla çalışacaklar.
AM: Emma Banks, Satürn'ün uydusu Titan'ın atmosferindeki kimyasal etkileşimlere bakacak. Bu erken Dünya'da oksijeni anlamakla nasıl bağlantılıdır?
CC: Emma, bir dünyanın yüzeyini oksitlemek için önemli olabilecek başka bir abiyotik yola bakıyor. Emma, kuantum mekanik seviyeye kadar kimyasal hesaplama modelleri yapar. Onları bir dizi bağlamda yapıyor, ancak bu teklifle ilgili olanın pus oluşumu ile ilgisi var.
Titan'da - ve muhtemelen erken Dünya'da da, erken Dünya atmosferi modelinize bağlı olarak - üst atmosferde metan [metan moleküllerinin daha büyük hidrokarbon zincir moleküllerine kombinasyonu] polimerizasyonu vardır. Titan’ın atmosferi yüzde birkaç metan; hemen hemen hepsi moleküler azottur. Güneşten gelen ultraviyole ışıkla bombalandı. Ayrıca Satürn'ün manyetosferinden yüklü parçacıklar ile bombalandı. Bunun, metan CH4 üzerinde etkili olan etkisi, metanı parçalamak ve daha uzun zincirli hidrokarbonlara polimerize etmektir.
Metanı daha uzun ve daha uzun karbon zincirlerine polimerize etmeye başlarsanız, zincire her yeni karbon eklediğinizde, biraz hidrojenden kurtulmanız gerekir. Örneğin, CH4'ten (metan) C2H6'ya (etan) gitmek için iki hidrojenden kurtulmanız gerekir. Hidrojen son derece hafif bir atom. H2 yapsa bile, bu son derece hafif bir moleküldür ve bu molekül Titan'ın atmosferinin tepesinden kaybolur, tıpkı Dünya atmosferinin tepesinden kaybolur. Atmosferinizin tepesinden hidrojeni kanarsanız, net etki yüzeyi oksitlemektir. Bu, size bir dünya yüzeyinin net oksidasyonunu veren başka bir yoldur.
Emma bununla öncelikle Titan'da neler olduğuna ilgi duyuyor. Ancak potansiyel olarak, erken Dünya için bir tür küresel oksitleyici mekanizma olarak da alakalı. Ve azotu resme sokarak, bu koşullardan potansiyel amino asit üretimi ile ilgileniyor.
AM: Dünyadaki erken yaşam hakkındaki gizemlerden biri, atmosferde bir ozon kalkanı sağlamak için yeterli oksijen bulunmadan önce ultraviyole (UV) radyasyonun zararlı etkilerinden nasıl kurtulduğudur. Hepsi SETI Enstitüsü'ndeki Janice Bishop, Nathalie Cabrol ve Edmond Grin bu stratejilerin bazılarını araştırıyor.
CC: Ve orada birçok potansiyel strateji var. Biri, ister kara ister denizden bahsediyor olun, tamamen korunmak için, yüzeyin altında yeterince derin olmaktır. Bir diğeri suyun içindeki minerallerle korunmaktır. Janice ve Lynn Rothschild, ferrik oksit minerallerinin sudaki rolünü bir tür UV kalkanı olarak inceleyen bir proje üzerinde çalışıyorlar.
Oksijenin yokluğunda, su içindeki demir ferrik oksit olarak bulunur. (Daha fazla oksijene sahip olduğunuzda, demir daha fazla oksitlenir; demirli hale gelir ve düşer.) Ferrik oksit potansiyel olarak erken okyanuslarda veya erken göletlerde veya göllerde bir ultraviyole kalkan rolü oynayabilirdi. Potansiyel bir UV kalkanı olarak ne kadar iyi olduğunu araştırmak için, Yellowstone gibi doğal ortamlardaki ölçümler de dahil olmak üzere yapmak isteyebileceğiniz bazı ölçümler vardır. Ve bir kez daha Lynn’in katılımıyla birlikte çalışmanın mikrobiyolojik bir bileşeni var.
Bu, Nathalie Cabrol ve Edmond Grin'in farklı bir perspektiften sürdürdüğü proje ile ilgilidir. Nathalie ve Edmond Mars'la çok ilgileniyorlar. İkisi de Mars Exploration Rover bilim takımında. Mars çalışmalarına ek olarak Nathalie ve Edmond, Dünya'daki ortamları Mars analog siteleri olarak keşfeder. Araştırma konularından biri, yüksek UV ortamlarında hayatta kalma stratejileri. Licancabur'da altı kilometre yükseklikte bir göl var (And Dağları'nda hareketsiz bir yanardağ). Artık o gölde mikroskobik bir yaşam olduğunu biliyoruz. Ve oradaki yüksek UV ortamında hayatta kalma stratejilerinin neler olduğunu bilmek isteriz? Ve bu, erken Dünya'da var olan yüksek UV ortamında yaşamın nasıl hayatta kaldığına dair bu soruya ulaşmanın farklı, çok ampirik bir yoludur.
Bu dört projenin hepsi birbirine bağlıdır, çünkü erken Dünya'da oksijenin yükselmesi, atmosferde önemli oksijen bulunmadan önce organizmaların nasıl hayatta kaldıkları ve daha sonra bunların Mars ile nasıl ilişkili olduğu ile ilgilidir.
Orijinal Kaynak: Astrobiyoloji Dergisi
