حقوق الصورة: ناسا
كريستوفر شيبا هو المحقق الرئيسي لفريق معهد SETI لمعهد علم الأحياء الفلكية التابع لناسا. كان شيبا يرأس سابقًا مركز معهد الحياة لدراسة الكون في SETI. يتابع فريق NAI التابع له مجموعة واسعة من الأنشطة البحثية ، ويبحث في بدايات الحياة على الأرض وإمكانية الحياة في عوالم أخرى. تحدث هنري بورتمان ، مدير تحرير مجلة Astrobiology ، مؤخرًا مع شيبا عن العديد من مشاريع فريقه التي ستستكشف أصل وأهمية الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض.
مجلة علم الأحياء الفلكية: العديد من المشاريع التي سيعمل عليها أعضاء فريقك تتعلق بالأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. يعتبر الأكسجين اليوم مكونًا هامًا في الهواء الذي نتنفسه. ولكن في بداية الأرض ، كان هناك القليل جدًا من الأكسجين في الغلاف الجوي. هناك الكثير من الجدل حول كيف ومتى أصبح الغلاف الجوي للأرض مؤكسجًا. هل يمكنك أن توضح كيف سيقترب بحث فريقك من هذا السؤال؟
كريستوفر شيبا: القصة المعتادة ، التي ربما تكون على دراية بها ، هي أنه بعد تطور عملية التمثيل الضوئي للأكسجين ، كان هناك بعد ذلك مصدر بيولوجي ضخم للأكسجين في وقت مبكر من الأرض. هذه هي وجهة النظر المعتادة. قد يكون ذلك صحيحًا ، وما يحدث عادة في هذه الأنواع من الحجج ليس ما إذا كان تأثير واحد صحيحًا أم لا. ربما كانت العديد من الآثار نشطة. إنها مسألة ما هو التأثير المهيمن ، أو ما إذا كانت هناك عدة تأثيرات ذات أهمية مماثلة.
الباحث في معهد SETI ، فريدمان فرويند ، لديه فرضية غير بيولوجية تمامًا حول ارتفاع الأكسجين ، والذي يحظى ببعض الدعم التجريبي من العمل المختبري الذي قام به. الفرضية هي أنه عندما تصلب الصخور من الصهارة ، فإنها تحتوي على كميات صغيرة من الماء. يؤدي التبريد والتفاعلات اللاحقة إلى إنتاج روابط بيروكسي (تتكون من ذرات الأكسجين والسيليكون) والهيدروجين الجزيئي في الصخور.
ثم ، عندما يتم تجاوز الصخور النارية لاحقًا ، تنتج الروابط البيروكسية بيروكسيد الهيدروجين ، الذي يتحلل إلى الماء والأكسجين. لذا ، إذا كان هذا صحيحًا ، فإن التجوية ببساطة للصخور النارية ستكون مصدرًا للأكسجين الحر في الغلاف الجوي. وإذا نظرت إلى بعض كميات الأكسجين التي يستطيع فريدمان إطلاقها من الصخور في مواقف مضبوطة جيدًا في تجاربه الأولية ، فقد يكون هذا مصدرًا مهمًا ومهمًا للأكسجين في أوائل الأرض.
لذا ، وبصرف النظر عن عملية التمثيل الضوئي ، قد يكون هناك نوع من المصدر الطبيعي للأكسجين في أي عالم يشبه الأرض ، والذي كان له نشاط مائي ومياه سائلة متاحة. قد يشير هذا إلى أن أكسدة السطح قد تكون شيئًا تتوقع حدوثه ، سواء حدث التمثيل الضوئي مبكرًا أو متأخرًا. (بالطبع ، يعتمد توقيت ذلك على مغاسل الأكسجين أيضًا.) أؤكد أن هذه كلها فرضية في هذه المرحلة ، لإجراء تحقيق أكثر دقة. قام فريدمان بالتجارب التجريبية فقط حتى الآن.
أحد الأشياء المثيرة للاهتمام حول فكرة فريدمان هي أنها تشير إلى أنه قد يكون هناك مصدر مهم للأكسجين على الكواكب المستقلة تمامًا عن التطور البيولوجي. لذلك قد يكون هناك دافع طبيعي نحو أكسدة سطح العالم ، مع كل العواقب المترتبة على التطور. أو ربما لا. النقطة هي القيام بالعمل ومعرفة.
عنصر آخر من عمله ، والذي سيفعله فريدمان مع عالمة الأحياء الدقيقة لين روثشايلد من مركز أبحاث أميس التابع لناسا ، يتعلق بهذا السؤال عما إذا كان من الممكن في البيئات المرتبطة بالصخور النارية المتجاوزة وإنتاج الأكسجين ، إنشاء بيئات دقيقة كان سيسمح لبعض الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في تلك البيئات أن تتكيف مسبقًا مع بيئة غنية بالأكسجين. سيعملون مع الكائنات الحية الدقيقة لمحاولة معالجة هذا السؤال.
صباحا: ستنظر إيما بانكس في التفاعلات الكيميائية في جو قمر زحل تيتان. كيف يرتبط ذلك بفهم الأكسجين في الأرض المبكرة؟
نسخة إلى: تبحث إيما عن طريقة غير حيوية أخرى قد تكون مهمة في أكسدة سطح العالم. تقوم إيما بعمل نماذج حسابية كيميائية ، وصولاً إلى المستوى الميكانيكي الكمومي. تقوم بها في عدد من السياقات ، ولكن ما يتعلق بهذا الاقتراح يتعلق بتكوين الضباب.
على Titan - وربما على الأرض المبكرة أيضًا ، اعتمادًا على نموذجك لجو الأرض المبكرة - هناك بلمرة الميثان [مزيج من جزيئات الميثان في جزيئات سلسلة هيدروكربونية أكبر] في الغلاف الجوي العلوي. الغلاف الجوي لتيتان هو الميثان بنسبة عدة في المئة. ما تبقى من النيتروجين الجزيئي. يتم قصفه بالأشعة فوق البنفسجية من الشمس. يتم قصفه أيضًا بجسيمات مشحونة من الغلاف المغناطيسي لكوكب زحل. تأثير ذلك ، يعمل على الميثان ، CH4 ، هو تفتيت الميثان وبلمرته إلى هيدروكربونات سلسلة أطول.
إذا بدأت في بلمرة الميثان في سلاسل الكربون الأطول والأطول ، في كل مرة تضيف فيها كربونًا آخر إلى السلسلة ، عليك التخلص من بعض الهيدروجين. على سبيل المثال ، للانتقال من CH4 (الميثان) إلى C2H6 ، (الإيثان) عليك التخلص من اثنين من الهيدروجين. الهيدروجين ذرة خفيفة للغاية. حتى إذا كان يصنع H2 ، فهذا جزيء خفيف للغاية ، وفقد هذا الجزيء من أعلى الغلاف الجوي لتيتان ، تمامًا كما فقد من أعلى الغلاف الجوي للأرض. إذا قمت بنزيف الهيدروجين من أعلى الغلاف الجوي ، فإن التأثير الصافي هو أكسدة السطح. لذا فهي طريقة أخرى تمنحك أكسدة صافية لسطح العالم.
تهتم إيما بذلك في المقام الأول فيما يتعلق بما يحدث على تيتان. ولكن من المحتمل أن تكون ذات صلة أيضًا كنوع من آلية الأكسدة العالمية لأوائل الأرض. وجلب النيتروجين إلى الصورة ، فهي مهتمة بالإنتاج المحتمل للأحماض الأمينية من هذه الظروف.
صباحا: أحد الألغاز حول الحياة المبكرة على الأرض هو كيف نجت من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية قبل أن يكون هناك ما يكفي من الأكسجين في الغلاف الجوي لتوفير درع الأوزون. تستكشف جانيس بيشوب وناتالي كابرول وإدموند غرين ، وجميعهم مع معهد SETI ، بعض هذه الاستراتيجيات.
نسخة إلى: وهناك الكثير من الاستراتيجيات المحتملة هناك. الأول هو عمق عميق بما يكفي تحت السطح ، سواء كنت تتحدث عن الأرض أو البحر ، للحماية الكاملة. آخر هو أن تكون محمية بالمعادن داخل الماء نفسه. تعمل جانيس ولين روتشيلد في مشروع يدرس دور معادن أكسيد الحديديك في الماء كنوع من الحماية من الأشعة فوق البنفسجية.
في حالة عدم وجود الأكسجين فإن الحديد في الماء سيكون موجودًا كأكسيد الحديديك. (عندما يكون لديك المزيد من الأكسجين ، يتأكسد الحديد أكثر ؛ يصبح حديدية ويتسرب.) من المحتمل أن يكون أكسيد الحديد يلعب دور الواقي من الأشعة فوق البنفسجية في المحيطات المبكرة ، أو في البرك أو البحيرات المبكرة. للتحقيق في مدى جودة درع الأشعة فوق البنفسجية ، هناك بعض القياسات التي قد ترغب في إجرائها ، بما في ذلك القياسات في البيئات الطبيعية ، مثل يلوستون. ومرة أخرى ، هناك مكون ميكروبيولوجي للعمل ، بمشاركة لين.
ويرتبط هذا بالمشروع الذي تسعى إليه ناتالي كابرول وإدموند جرين من منظور مختلف. إن Nathalie و Edmond مهتمان جدًا بالمريخ. كلاهما في فريق علوم استكشاف المريخ. بالإضافة إلى عمل المريخ ، يستكشف Nathalie و Edmond البيئات على الأرض كمواقع تناظرية للمريخ. أحد موضوعات البحث الخاصة بهم هو استراتيجيات البقاء في البيئات عالية الأشعة فوق البنفسجية. توجد بحيرة على ارتفاع ستة كيلومترات في Licancabur (بركان خامد في جبال الأنديز). نحن نعلم الآن أن هناك حياة مجهرية في تلك البحيرة. ونود أن نعرف ما هي استراتيجياتها للبقاء في بيئة الأشعة فوق البنفسجية العالية هناك؟ وهذه طريقة مختلفة وتجريبية للغاية للوصول إلى هذا السؤال حول كيفية بقاء الحياة في بيئة الأشعة فوق البنفسجية العالية التي كانت موجودة في وقت مبكر من الأرض.
تقترن هذه المشاريع الأربعة جميعها ، لأنها تتعلق بارتفاع الأكسجين في وقت مبكر من الأرض ، وكيف بقيت الكائنات الحية قبل وجود الأكسجين الكبير في الغلاف الجوي ، ومن ثم ، كيف يرتبط كل هذا بالمريخ.
المصدر الأصلي: مجلة علم الأحياء الفلكي
