Жизнь требует энергии и определённых элементов
Жизнь сложна, и не только в философском смысле. Но мы знаем, что для жизни требуется энергия, а для её получения — определённые фундаментальные элементы. В новой статье, опубликованной в The Open Journal of Astrophysics, Джованни Ковоне и Донато Джованнелли из Университета Неаполя обсуждают, как мы можем использовать это ограничение, чтобы сузить поиск звёзд и планет, которые потенциально могут быть пригодны для жизни.
Проще говоря, если у планеты нет многих составляющих «строительных блоков» жизни, то, вероятно, жизни там нет.
Как энергия связана с элементами?
Жизнь получает большую часть своей энергии от физического явления, называемого «термодинамическим неравновесием» — это просто способ сказать, что в природе есть система с потенциальной энергией, будь то тепловая, механическая, химическая или радиационная.
Один из наиболее распространённых способов использования неравновесия жизнью — это процесс, называемый окислительно-восстановительной (redox) реакцией.
Окислительно-восстановительные реакции
Окислительно-восстановительные реакции распространены в химии и обычно включают передачу электрона, которая сопровождается выделением энергии. Эта энергия используется жизнью для питания и для облегчения этих типов реакций используются белки, называемые оксидоредуктазами. Каждой из этих белков требуется по крайней мере один металл как часть их химической структуры.
Для уточнения: здесь речь идёт о металлах в химическом смысле, а не в астрономическом, где любой элемент в таблице Менделеева выше водорода классифицируется как «металл». Например, никель и железо являются ключевыми компонентами белков, которые забирают электроны у водорода, тогда как медь является ключевым компонентом белков, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях кислорода.
Влияние доступности металлов на жизнь
Археологи заметили, что наличие этих металлов повлияло на ход жизни на Земле. Их доступность меняется в зависимости от таких событий, как тектоника плит, вулканизм, подобный Деканским траппам, или «Великое окислительное событие» 2,3 миллиарда лет назад, когда цианобактерии выпустили в атмосферу Земли столько кислорода, что это резко изменило биосферу планеты. Это изменение привело к массовому вымиранию, но также дало жизни возможность развивать аэробное дыхание, что в итоге проложило путь к развитию животных.
Учитывая известное влияние доступности этих элементов на эволюцию жизни, доктора Ковоне и Джованнелли выдвинули разумный аргумент: если они так важны, почему бы нам не проверить звёзды и планеты, чтобы увидеть, есть ли у них эти элементы в изобилии, как способ предварительной проверки их на предмет астробиологических исследований?
Поиск жизни на экзопланетах
Существуют тысячи экзопланет, которые могут стать интересными объектами для таких исследований, и, вероятно, миллионы других, которые мы обнаружим, продолжая исследование галактики. Сортировка и приоритизация их становится всё более важной, поскольку человечество ограничено в количестве обсерваторий, способных проверять наличие конкретных биосигнатур.
Обычно этот процесс проверки осуществляется путём изучения наличия трёх вещей: свободной энергии, жидкой воды и элементов CHNOPS (углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера). Однако авторы утверждают, что все они относительно распространены в галактике, и ограничения на металлы с более высокими атомными номерами, например, те, что содержатся в белках, используемых для окислительно-восстановительных реакций, на самом деле являются гораздо более значимым фактором, чем три типичных параметра поиска.
Сужая поиск до звёзд и планет, богатых этими критически важными материалами, можно сэкономить скудные наблюдательные ресурсы для целей, которые с большей вероятностью будут содержать жизнь.
К счастью, такие миссии, как предстоящая обсерватория ЕКА PLATO, будут проверять спектроскопию экзопланет на наличие CHNOPS, и данные по биометаллам, обсуждаемым в статье, будут собраны в том же наборе данных. Учёным нужно будет только добавить дополнительную категорию проверки для любых систем, отмеченных для дальнейшего изучения.
Однако это сложная область, поскольку в других статьях показано, что звезда с более высокой «металличностью» обычно имеет меньше ультрафиолетового излучения, что приводит к меньшему развитию критически важных озоновых слоёв. Существует множество сложных факторов, которые необходимо учитывать при поиске жизни, и постоянный поиск их — лучший способ их усовершенствовать. Эта статья добавляет ещё один, особенно уникальный, аспект к этому процессу.