Credito d'immagine: NASA
Christopher Chyba è il principale investigatore del team principale del SETI Institute del NASA Astrobiology Institute. Chyba in precedenza era a capo del Centro per lo studio della vita nell'universo SETI Institute. Il suo team NAI sta portando avanti una vasta gamma di attività di ricerca, guardando sia agli inizi della vita sulla Terra che alla possibilità di vita su altri mondi. Il caporedattore di Astrobiology Magazine, Henry Bortman, ha recentemente parlato con Chyba di diversi progetti del suo team che esploreranno l'origine e il significato dell'ossigeno nell'atmosfera terrestre.
Rivista di astrobiologia: Molti dei progetti a cui i membri del tuo team lavoreranno hanno a che fare con l'ossigeno nell'atmosfera terrestre. Oggi l'ossigeno è una componente significativa dell'aria che respiriamo. Ma sulla Terra primitiva, c'era molto poco ossigeno nell'atmosfera. C'è un grande dibattito su come e quando l'atmosfera del pianeta si ossigena. Puoi spiegare come la ricerca del tuo team affronterà questa domanda?
Christopher Chyba: La solita storia, con cui probabilmente hai familiarità, è che dopo che la fotosintesi ossigenata si è evoluta, c'era quindi un'enorme fonte biologica di ossigeno sulla Terra primitiva. Questa è la solita visione. Può essere giusto, e ciò che accade di solito in questo tipo di argomenti non è se un effetto sia giusto o meno. Probabilmente molti effetti erano attivi. Si tratta di quale sia stato l'effetto dominante o se vi siano stati diversi effetti di importanza comparabile.
Il ricercatore del SETI Institute Friedemann Freund ha un'ipotesi completamente non biologica sull'aumento dell'ossigeno, che ha un supporto sperimentale dal lavoro di laboratorio che ha svolto. L'ipotesi è che, quando le rocce si solidificano dal magma, incorporano piccole quantità di acqua. Il raffreddamento e le successive reazioni portano alla produzione di collegamenti perossi (costituiti da ossigeno e atomi di silicio) e idrogeno molecolare nelle rocce.
Quindi, quando la roccia ignea viene successivamente alterata, i collegamenti perossidici producono perossido di idrogeno, che si decompone in acqua e ossigeno. Quindi, se questo è giusto, semplicemente resistere alle rocce ignee sarà una fonte di ossigeno libero nell'atmosfera. E se osservi alcune delle quantità di ossigeno che Friedemann è in grado di rilasciare dalle rocce in situazioni ben controllate nei suoi esperimenti iniziali, potrebbe essere che questa fosse una fonte sostanziale e significativa di ossigeno sulla Terra primitiva.
Quindi, a parte la fotosintesi, potrebbe esserci una specie di fonte naturale di ossigeno su qualsiasi mondo simile alla Terra che avesse attività ignea e acqua liquida disponibile. Ciò suggerirebbe che l'ossidazione della superficie potrebbe essere qualcosa che ti aspetti che si verifichi, indipendentemente dal fatto che la fotosintesi avvenga prima o poi. (Naturalmente, i tempi di questo dipendono anche dai pozzi di ossigeno.) Sottolineo che a questo punto è tutta un'ipotesi, per un'indagine molto più attenta. Finora Friedemann ha fatto solo esperimenti pilota.
Una delle cose interessanti dell'idea di Friedemann è che suggerisce che potrebbe esserci un'importante fonte di ossigeno sui pianeti completamente indipendente dall'evoluzione biologica. Quindi potrebbe esserci un motore naturale verso l'ossidazione della superficie di un mondo, con tutte le conseguenze che ne conseguono per l'evoluzione. O forse no. Il punto è fare il lavoro e scoprirlo.
Un altro componente del suo lavoro, che Friedemann farà con il microbiolologo Lynn Rothschild del NASA Ames Research Center, ha a che fare con questa domanda se in ambienti associati a rocce ignee stagionate e alla produzione di ossigeno, avresti potuto creare micro-ambienti che avrebbe permesso a determinati microrganismi che vivono in quegli ambienti di pre-adattarsi a un ambiente ricco di ossigeno. Lavoreranno con i microrganismi per cercare di rispondere a questa domanda.
AM: Emma Banks esaminerà le interazioni chimiche nell'atmosfera della luna Titano di Saturno. In che modo ciò comprende la comprensione dell'ossigeno sulla Terra primitiva?
CC: Emma sta osservando un altro modo abiotico che potrebbe essere importante per ossidare la superficie di un mondo. Emma fa modelli di calcolo chimico, fino al livello della meccanica quantistica. Li fa in diversi contesti, ma ciò che è rilevante per questa proposta ha a che fare con la formazione di foschia.
Su Titano - e possibilmente anche sulla Terra primitiva, a seconda del modello per l'atmosfera della Terra primitiva - c'è una polimerizzazione del metano [la combinazione di molecole di metano in molecole di catena idrocarburica più grandi] nell'atmosfera superiore. L'atmosfera di Titano è parecchio percento di metano; quasi tutto il resto è azoto molecolare. È bombardato dalla luce ultravioletta del sole. È anche bombardato da particelle cariche della magnetosfera di Saturno. L'effetto di ciò, agendo sul metano, CH4, è di spezzare il metano e polimerizzarlo in idrocarburi a catena più lunga.
Se inizi a polimerizzare il metano in catene di carbonio sempre più lunghe, ogni volta che aggiungi un altro carbonio sulla catena, devi liberarti dell'idrogeno. Ad esempio, per passare da CH4 (metano) a C2H6, (etano) devi sbarazzarti di due idrogeni. L'idrogeno è un atomo estremamente leggero. Anche se produce H2, questa è una molecola estremamente leggera e quella molecola ha perso la parte superiore dell'atmosfera di Titano, proprio come ha perso la parte superiore dell'atmosfera terrestre. Se si rimuove l'idrogeno dalla parte superiore dell'atmosfera, l'effetto netto è l'ossidazione della superficie. Quindi è un altro modo che ti dà una netta ossidazione della superficie di un mondo.
Emma è interessata principalmente a ciò che accade su Titano. Ma è anche potenzialmente rilevante come una sorta di meccanismo ossidante globale per la Terra primitiva. E, portando l'azoto nella foto, è interessata alla potenziale produzione di aminoacidi da queste condizioni.
AM: Uno dei misteri della prima vita sulla Terra è il modo in cui è sopravvissuto agli effetti dannosi delle radiazioni ultraviolette (UV) prima che ci fosse abbastanza ossigeno nell'atmosfera per fornire uno scudo di ozono. Janice Bishop, Nathalie Cabrol e Edmond Grin, tutti con l'Istituto SETI, stanno esplorando alcune di queste strategie.
CC: E ci sono molte potenziali strategie lì. Uno è solo essere abbastanza in profondità sotto la superficie, sia che tu stia parlando della terra o del mare, da essere completamente protetto. Un altro è essere protetto dai minerali all'interno dell'acqua stessa. Janice e Lynn Rothschild stanno lavorando a un progetto che sta esaminando il ruolo dei minerali di ossido ferrico nell'acqua come una sorta di schermo UV.
In assenza di ossigeno il ferro nell'acqua sarebbe presente come ossido ferrico. (Quando hai più ossigeno, il ferro si ossida ulteriormente; diventa ferroso e cade.) L'ossido ferrico avrebbe potenzialmente potuto svolgere il ruolo di uno scudo ultravioletto nei primi oceani o nei primi stagni o laghi. Per scoprire quanto è buono come potenziale scudo UV, ci sono alcune misure che potresti voler fare, comprese le misurazioni in ambienti naturali, come ad esempio Yellowstone. E ancora una volta c'è una componente microbiologica nel lavoro, con il coinvolgimento di Lynn.
Ciò è legato al progetto che Nathalie Cabrol e Edmond Grin stanno perseguendo, da una prospettiva diversa. Nathalie ed Edmond sono molto interessati a Marte. Entrambi fanno parte del team scientifico Mars Exploration Rover. Oltre al loro lavoro su Marte, Nathalie ed Edmond esplorano gli ambienti sulla Terra come siti analogici su Marte. Uno dei loro argomenti di indagine sono le strategie per la sopravvivenza in ambienti ad alta UV. C'è un lago alto sei chilometri su Licancabur (un vulcano dormiente nelle Ande). Ora sappiamo che c'è vita microscopica in quel lago. E vorremmo sapere quali sono le sue strategie per sopravvivere nell'ambiente ad alta UV? E questo è un modo diverso, molto empirico per arrivare a questa domanda su come la vita è sopravvissuta nell'ambiente ad alta UV che esisteva sulla Terra primitiva.
Questi quattro progetti sono tutti accoppiati, perché hanno a che fare con l'ascesa di ossigeno sulla Terra primitiva, come gli organismi sono sopravvissuti prima che ci fosse sostanziale ossigeno nell'atmosfera e quindi, come tutto ciò si collega a Marte.
Fonte originale: Astrobiology Magazine
