|
Могут ли океанические миры поддерживать жизнь
|
|
|
|
Возможно, существует тип экзопланет, на которых нет суши. Их называют "водородными" мирами, что представляет собой комбинацию "водородных" и "океанических" миров. Они в основном или полностью покрыты океанами и имеют плотную водородную атмосферу.
|
|
|
|
Они интересны тем, что их атмосфера сохраняет тепло, достаточное для существования жидкой воды за пределами традиционных обитаемых зон. Если они действительно существуют, ученые считают, что они являются хорошими кандидатами для поддержания микробной жизни.
|
|
|
|
Миры Гайсея являются гипотетическими, но есть некоторые свидетельства того, что они существуют. Миссия "Кеплер" обнаружила множество кандидатов и предоставила фундаментальные доказательства их существования. Однако ни один из них не был обнаружен с уверенностью.
|
|
|
|
Совсем недавно наблюдения JWST также подтвердили эту идею. Космический телескоп обнаружил двуокись углерода и метан в атмосфере планеты, которая, предположительно, является планетой Хайса под названием K2-18b. Обе эти молекулы могут быть биосигналами микробной жизни в условиях, сходных с земными океанами.
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в Monthly Notices Королевского астрономического общества (Royal Astronomical Society), посвящено изучению потенциальных возможностей планет Хайсея для эволюции жизни и того, как жизнь может зависеть от термодинамических условий в этих мирах. Оно называется "Перспективы биологической эволюции в мирах Хайсея". Авторами являются Эмили Джи Митчелл и Никку Мадхусудхан, оба из Кембриджского университета.
|
|
|
|
|
|
|
"Поиск внеземной жизни - одна из самых фундаментальных задач в истории человечества", - пишут авторы. "Важным недавним достижением в этом направлении является возможность создания планет-гигантов, которые увеличивают как количество потенциально пригодных для жизни планет, так и способность обнаруживать биосигналы в их атмосферах".
|
|
|
|
Исследования показывают, что океанические миры могут обеспечить как химические, так и термодинамические условия, необходимые для сохранения микробной жизни в их океанах. В этом исследовании авторы использовали метаболическую теорию экологии (MTE), чтобы исследовать, как простая жизнь может развиваться в океанических мирах при различных температурных условиях.
|
|
|
|
Проще говоря, MTE утверждает, что скорость обмена веществ в организме имеет основополагающее значение для его способности сохраняться и процветать. Это относится как к индивидуальным процессам, так и к процессам в сообществе и популяции. Ключевая идея MTE заключается в том, что температура сильно влияет на скорость обмена веществ.
|
|
|
|
Предыдущие исследования показали, что при повышении температуры в пригодной для жизни среде биологическая активность возрастает до определенного предела. В этом исследовании Митчелл и Мадхусудхан исследуют, как температура поверхности океана влияет на землеподобную одноклеточную жизнь и сколько времени требуется, чтобы она зародилась на планетах, похожих на Землю. Они также исследуют, как различные температуры влияют на обнаруживаемость биосигналов.
|
|
|
|
"Эта работа, в свою очередь, имеет заметные последствия для видимых биосигналов на таких планетах, учитывая, что одноклеточный фитопланктон является основным источником ключевых биомаркеров в атмосфере Земли, таких как диметилсульфид, который может наблюдаться в атмосфере Земли", - пишут исследователи в своей статье.
|
|
|
|
Диметилсульфид тесно связан с фитопланктоном и обладает уникальной спектральной характеристикой, которую JWST может обнаружить в атмосферах экзопланет.
|
|
|
|
Исследователи сосредоточились на нескольких ключевых группах фитопланктона, которые в изобилии встречаются на Земле и выделяют биосигнальные газы в ее атмосферу. Среди них цианобактерии (сине-зеленые водоросли), метанококки (метаноген) и диатомовые водоросли, которые ежегодно вырабатывают до 50% кислорода на Земле. Особое внимание они уделили водной флоре и фауне.
|
|
|
|
Aquificota - это тип бактерий, названный в честь раннего рода из группы Aquifix. Его представители обитают в пресной воде и океанах и могут производить воду путем окисления водорода.
|
|
|
|
"Чтобы проиллюстрировать, как скорость эволюции меняется в зависимости от температуры в планетарных масштабах, мы рассчитали скорость эволюции для примера организма (водоносного слоя) за последние 4,3 миллиарда лет", - говорится в документе. Они использовали Aquifix, потому что это сильный аналог некоторых первых форм жизни на Земле.
|
|
|
|
Исследователи показали, что даже незначительные изменения температуры поверхности океана Земли по сравнению с температурой поверхности земли в эволюционных масштабах значительно изменяют время возникновения и темпы эволюции важных видов простой жизни. "Например, увеличение на 10 тыс. по сравнению с Землей приводит к ускорению темпов эволюции более чем в два раза, в то время как уменьшение на 10 тыс. сокращает их вдвое", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Они обнаружили, что более теплые океаны могут ускорить темпы эволюции, позволив ключевым группам одноклеточных, таким как археи и бактерии, появиться уже через 1,3 миллиарда лет после зарождения жизни. Это указывает на то, что более высокие температуры способствуют более быстрому развитию сложной жизни.
|
|
|
|
"Этот повышенный показатель оказывает значительное влияние на время зарождения одноклеточных групп, так что при повышении температуры поверхности на 10 К все основные группы возникнут через 1,19 млрд. лет после возникновения жизни (OlL), а все ключевые группы фитопланктона - через 1,28 млрд. лет", - пишут авторы.
|
|
|
|
Верно и обратное. Исследователи обнаружили, что более низкие температуры задерживают появление ключевых форм жизни на срок до нескольких миллиардов лет. Это может означать, что для появления сложной жизни требуется больше времени.
|
|
|
|
"Напротив, снижение средней температуры поверхности на 10 К серьезно ограничивает скорость зарождения, так что к 4 годам после ООЛ будут развиваться только бактерии и археи, но не кислородный фотосинтез или эукариоты", - пишут авторы.
|
|
|
|
В этом случае это также повлияло бы на появление заметных биосигналов, а также на их интенсивность и простоту обнаружения.
|
|
|
|
Один из их главных выводов заключается в том, что лишь незначительный диапазон условий окружающей среды допускает широкий диапазон скоростей эволюции и времени возникновения. "Во-первых, учитывая широкий спектр возможных атмосферных условий в мирах Хайсана, можно ожидать столь же широкого разнообразия микробной жизни", - пишут они. "В частности, возникновение новых кладов в теплых мирах Гайса может происходить значительно быстрее, чем на Земле".
|
|
|
|
Если миры Хайса существуют, это исследование предполагает, что они могут "пульсировать жизнью", как выразился Карл Саган, в более короткие сроки, чем Земля.
|
|
|
|
Считается, что в известных нам мирах-кандидатах в геологи океаны теплее, чем на Земле. Таким образом, в целом, в мире-кандидате в геологи K2-18b, возраст которого составляет всего 2,4 миллиарда лет, могут быть условия, необходимые для зарождения и поддержания ключевых одноклеточных групп. Это означает, что он и другие подобные ему устройства являются хорошими объектами для поиска биосигналов.
|
|
|
|
Авторы предлагают несколько оговорок к своим результатам. Они рассматривали только довольно узкий диапазон температур и физических условий на Земле. На самом деле, пригодные для жизни внеземные планеты могут иметь гораздо более широкий диапазон. "Будущая работа в этом направлении могла бы исследовать целый ряд других условий, включая влияние силы тяжести, давления, большие колебания температуры и другие факторы окружающей среды", - пишут исследователи в своем заключении.
|
|
|
|
Мы не знаем, реальны ли планеты, подобные Гике. Некоторые ученые считают, что их богатая водородом атмосфера может быть нестабильной. Также существуют опасения, что радиационное облучение может препятствовать жизни, а химический состав атмосферы может препятствовать биохимическим процессам. Пути формирования этих миров также неясны, как и механизмы создания и поддержания их атмосфер.
|
|
|
|
Однако, если они действительно существуют, это исследование проясняет одну вещь: при разных температурах поверхности теплая планета могла бы иметь более сложную биосферу в относительно молодом возрасте, а более холодная планета могла бы иметь более простую биосферу в более позднем возрасте.
|
|
|
|
В конце концов, мы не путешествуем ни в один из этих миров, так что обнаружение биосигналов - это название игры.
|
|
|
|
"Такие биосферы с различными уровнями сложности могут влиять на возможность обнаружения в них жизни, так что более теплые планеты потенциально могут демонстрировать сильные атмосферные биосигналы", - заключают исследователи.
|
|
|
|
Источник
|
