22.03.2024. - Может ли земная жизнь выжить у красного карлика

Может ли земная жизнь выжить у красного карлика

Несмотря на то, что наука об экзопланетах значительно продвинулась за последние десятилетие или два, мы все еще находимся в неблагоприятной ситуации. Ученые могут только строить обоснованные предположения о том, какие экзопланеты могут быть пригодны для жизни. Даже ближайшая экзопланета находится на расстоянии четырех световых лет, и хотя четыре - это небольшое целое число, расстояние огромно. Однако это не мешает ученым пытаться собрать все воедино. Один из наиболее важных вопросов в науке об экзопланетах и обитаемости касается красных карликов. Красных карликов много, и исследования показывают, что они содержат множество планет. В то время как газовые гиганты, такие как Юпитер, сравнительно редки вокруг красных карликов, другие планеты - нет. Данные наблюдений показывают, что около 40% красных карликов содержат в своих обитаемых зонах планеты со сверхземлями.

У красных карликов есть несколько преимуществ, когда речь заходит о пригодности для жизни на экзопланетах. Эти звезды с малой массой имеют чрезвычайно длительный срок службы, что означает, что выработка энергии стабильна в течение длительных периодов времени. Насколько мы можем судить, это преимущество для потенциальной обитаемости и эволюции сложной жизни. Стабильность дает жизни шанс реагировать на изменения и сохраняться в своих нишах. Но у красных карликов есть и темная сторона: они вспыхивают. Все звезды в той или иной степени вспыхивают, даже наше солнце. Но вспышка солнца даже не в той же лиге, что вспышка красного карлика. Красные карлики могут вспыхивать так сильно, что за очень короткий промежуток времени они могут удвоить свою яркость. Есть ли какой-либо способ, которым жизнь могла бы выжить на планетах красных карликов?

Новое исследование ученых из Португалии и Германии рассматривает этот вопрос. Чтобы проверить идею обитаемости экзопланеты красного карлика, исследователи использовали обычный тип плесени и подвергли ее воздействию имитируемого излучения красного карлика, защищенного только имитацией марсианской атмосферы. Исследование называется "Насколько пригодны для жизни М-карликовые экзопланеты? Моделирование условий на поверхности и изучение роли меланинов в выживании спор Aspergillus niger в условиях излучения, подобного экзопланетному". Ведущим автором является Афонсо Мота, астробиолог из исследовательской группы аэрокосмической микробиологии Института аэрокосмической медицины Немецкого аэрокосмического центра (DLR). Статья была отправлена в журнал Astrobiology и в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv.

Aspergillus niger повсеместно встречается в почве и широко известен черной плесенью, которую он может вызывать на некоторых фруктах и овощах. Он также является богатым продуцентом меланина. Меланин очень эффективно поглощает свет, и у людей меланин вырабатывается под воздействием ультрафиолетового излучения и затемняет кожу. Меланины широко распространены в природе, и экстремофилы используют их для самозащиты. Меланин может рассеивать до 99,9% поглощенного ультрафиолета. Ученые полагают, что появление меланинов, возможно, сыграло решающую роль в развитии жизни на Земле, защищая организмы от вредного солнечного излучения. По сути, это исследование задает довольно простой вопрос. Может ли меланин Aspergillus niger помочь ему пережить вспышку красного карлика, когда он защищен разреженной атмосферой, как у Марса?

Проксима Центавра и TRAPPIST-1 являются хорошо известными красными карликами в науке об экзопланетах, поскольку в их обитаемых зонах находятся скалистые экзопланеты. Это исследование сосредоточено на Проксиме Центавра b (далее - PCb) и TRAPPIST-1 e (далее -T1e). Вероятно, температуры на обеих из них позволяют существовать жидкой воде на их поверхности, учитывая правильные атмосферные свойства. Как печатная плата, так и T1e, вероятно, также имеют приемлемую радиационную среду. Невозможно идеально смоделировать условия на поверхности этих планет, но исследователи могут приблизиться к этому, используя так называемую равновесную температуру. Измерение звездных вспышек проще, потому что их можно точно наблюдать с больших расстояний. Производство меланина у A. niger также хорошо изучено. Работая со всеми тремя факторами, исследователи смогли смоделировать, как плесень будет развиваться на поверхности планеты с обитаемой зоной вокруг красного карлика.

"В контексте астробиологии и, в частности, астромикологии, изучение экстремотолерантных грибов оказалось критически важным для лучшего понимания пределов жизни и пригодности для обитания", - пишут авторы. "Aspergillus niger, экстремотолерантный нитчатый гриб, часто использовался в качестве модельного организма для изучения выживания грибов в экстремальных условиях, произрастающих в широком диапазоне условий". Споры A. niger имеют сложное и плотное покрытие из меланина, которое защищает их от ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Они были обнаружены на Международной космической станции, что свидетельствует об их способности противостоять некоторым опасностям в космосе. Хотя они наземные, ученые могут использовать их для изучения потенциальной обитаемости экзопланет. В этой работе исследователи проверили выживаемость спор A. niger в моделируемых условиях поверхности PCb и T1c, где звезды- красные карлики омывают поверхности планет мощным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением.

Исследователи протестировали различные типы спор A. niger в разных растворах. Один был диким штаммом, другой - мутантным штаммом, модифицированным для выработки и выделения пиомеланина, одного из меланинов, представляющих особый интерес для ученых, и третий был штаммом с дефицитом меланина. Споры суспендировали либо в физиологических растворах, растворах, богатых меланином, либо в контрольном растворе в течение определенного периода времени, подвергая воздействию различных количеств как рентгеновского, так и ультрафиолетового излучения. После воздействия три типа спор A. niger были протестированы на их жизнеспособность. Результаты показывают, что A. niger смог бы выжить в условиях интенсивной радиации, которая может стерилизовать поверхности экзопланет красных карликов. Не при непосредственном воздействии, а под слоем почвы или воды всего в несколько миллиметров. "Если бы рентгеновские лучи от вспышек не были ослаблены, они, скорее всего, стерилизовали бы поверхность всех изученных экзопланет. Однако микроорганизмы, способные выживать под поверхностью, не подверглись бы воздействию большинства экзогенных источников излучения под слоем в несколько миллиметров почвы или воды", - объясняют исследователи.

Суть исследования сводится к меланину. Чем больше в организме меланина, тем выше выживаемость A. niger. "Эксперименты, проведенные в этом исследовании, подтверждают многофункциональное назначение меланина, поскольку споры A. niger MA93.1 прорастали быстрее и эффективнее в экстракте, богатом меланином, по сравнению с двумя контрольными растворами", - пишут авторы. A. niger MA93.1 - мутантный штамм, модифицированный для выработки и выделения меланина. Что касается экзопланет T1e и PCb, то исследование является многообещающим для тех из нас, кто надеется на обитаемость на других планетах. Что касается УФ-излучения, то значительная часть спор из образцов, содержащих меланин, смогла пережить сверхвспышки, поражающие ПХД и T1e, даже при очень слабом атмосферном экранировании. Воздействие рентгеновских лучей было аналогичным.

Хотя всем нам нравится представлять сложную жизнь где-то еще во Вселенной, мы, скорее всего, наткнемся на миры, совсем не похожие на Землю. Если мы найдем жизнь, это, вероятно, будут простые организмы, которые находят способ выжить в условиях, которые мы считаем маргинальными или экстремальными. Поскольку красные карлики встречаются так часто, вполне вероятно, что именно там мы найдем эту жизнь. Это исследование подтверждает эту идею. "Более того, - пишут авторы в своем заключении, - результаты этой работы показали, как A. niger, подобно другим экстремотолерантным и экстремофильным организмам, смог бы выжить в суровых радиационных условиях на поверхности некоторых экзопланет типа M-карликов". Авторы заключают, что меланин играет решающую роль в их потенциальном выживании. "Кроме того, было показано, что растворы, богатые меланином, очень полезны для выживания и прорастания спор A. niger, особенно при обработке высокими дозами ультрафиолетового и рентгеновского излучения".

Вокруг обитаемости экзопланет с красными карликами продолжается научная дискуссия, в которой заметную роль играют вспышки. Но это исследование показывает, что, возможно, еще слишком рано списывать красных карликов со счетов, а также проливает свет на то, как могла возникнуть жизнь на Земле. "Эти результаты дают представление о том, как формы жизни могут переносить вредные события и условия, распространенные на экзопланетах, и как меланин, возможно, сыграл роль в происхождении и эволюции жизни на Земле и, возможно, в других мирах".

Источник