Изображения для загрузки на веб-сайте MIT News office предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой общественности в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons Attribution без производных. Вы не имеете права изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их по размеру. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если она не указана ниже, зачислите изображения в «MIT».
Предыдущее изображение Следующее изображение
Фосфин является одним из самых вонючих и токсичных газов на Земле, его можно найти в самых грязных местах, включая кучи навоза пингвинов, глубины болот и болот и даже в кишечнике некоторых барсуков и рыб. Этот гнилостный «болотный газ» также легко воспламеняется и реагирует с частицами в нашей атмосфере.
Большая часть жизни на Земле, особенно вся аэробная, дышащая кислородом жизнь, не хочет иметь ничего общего с фосфином, ни производить его, ни полагаться на него для выживания.
Теперь исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что фосфин вырабатывается другой, менее распространенной формой жизни: анаэробными организмами, такими как бактерии и микробы, которым для процветания не требуется кислород. Команда обнаружила, что фосфин не может быть произведен никаким другим способом, кроме как этими экстремальными организмами, не переносящими кислород, что делает фосфин чистым биосигналом — признаком жизни (по крайней мере, определенного вида).
В статье, недавно опубликованной в журнале Astrobiology, исследователи сообщают, что если бы фосфин производился в количествах, аналогичных метану на Земле, газ создавал бы характерный рисунок света в атмосфере планеты. Эта картина была бы достаточно четкой, чтобы ее можно было обнаружить с расстояния до 16 световых лет с помощью телескопа, такого как планируемый космический телескоп Джеймса Уэбба. Если фосфин будет обнаружен на скалистой планете, это будет безошибочным признаком внеземной жизни.
«Здесь, на Земле, кислород является действительно впечатляющим признаком жизни», — говорит ведущий автор Клара Соуза-Сильва, научный сотрудник отдела наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. «Но другие вещи, помимо жизни, тоже производят кислород. Важно учитывать незнакомые молекулы, которые могут создаваться не так часто, но если вы все-таки найдете их на другой планете, есть только одно объяснение».
Соавторами статьи являются Сукрит Ранджан, Януш Петковский, Чжучан Чжан, Уильям Бейнс и Сара Сигер, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах 1941 года в Массачусетском технологическом институте, а также Рэнью Ху в Калифорнийском технологическом институте.
Гигантские животы
Соуза-Сильва и ее коллеги собирают базу данных отпечатков пальцев для молекул, которые могут быть потенциальными биосигналами. Команда собрала более 16 000 кандидатов, включая фосфина. Подавляющее большинство этих молекул еще предстоит полностью охарактеризовать, и если бы ученые обнаружили какую-либо из них в атмосфере экзопланеты, они все равно не знали бы, являются ли эти молекулы признаком жизни или чем-то еще.
Но с новой работой Соузы-Сильвы ученые могут быть уверены в интерпретации по крайней мере одной молекулы: фосфина. Основной вывод статьи состоит в том, что, если фосфин обнаружен на близлежащей скалистой планете, на этой планете должна быть какая-то жизнь.
Исследователи нелегко пришли к этому выводу. В течение последних 10 лет Соуза-Сильва посвятила свою работу полной характеристике грязного, ядовитого газа, сначала методично расшифровав свойства фосфина и то, как он химически отличается от других молекул.
В 1970—х годах фосфин был обнаружен в атмосферах Юпитера и Сатурна — чрезвычайно горячих газовых гигантов. Ученые предположили, что молекула была спонтанно собрана воедино в недрах этих газовых гигантов и, как описывает Соуза-Сильва, «яростно выброшена огромными конвективными штормами размером с планету».
Тем не менее, о фосфине было известно не так много, и Соуза-Сильва посвятила свою дипломную работу в Университетском колледже Лондона выявлению спектрального отпечатка фосфина. Из своей дипломной работы она определила точные длины волн света, которые должен поглощать фосфин, и которые отсутствовали бы в любых атмосферных данных, если бы газ присутствовал.
Во время своей докторской диссертации она начала задаваться вопросом: может ли фосфин вырабатываться не только в экстремальных условиях газовых гигантов, но и жизнью на Земле? В Массачусетском технологическом институте Соуза-Сильва и ее коллеги начали отвечать на этот вопрос.
«Итак, мы начали собирать каждое упоминание о том, что фосфин был обнаружен где-либо на Земле, и оказалось, что везде, где нет кислорода, есть фосфин, например, в болотах, болотах, озерных отложениях, пердежах и кишечнике всего», — говорит Соуза-Сильва. «Внезапно все это обрело смысл: это действительно токсичная молекула для всего, что любит кислород. Но для жизни, которая не любит кислород, это, по-видимому, очень полезная молекула».
«Ничего, кроме жизни»
Осознание того, что фосфин связан с анаэробной жизнью, стало ключом к пониманию того, что молекула может быть жизнеспособным биосигналом. Но, чтобы быть уверенным, группа должна была исключить любую возможность того, что фосфин может быть произведен чем-либо иным, кроме жизни. Для этого они потратили последние несколько лет на изучение многих видов фосфора, основного строительного блока фосфина, путем исчерпывающего теоретического анализа химических путей во все более экстремальных сценариях, чтобы выяснить, может ли фосфор превращаться в фосфин каким-либо абиотическим (то есть не порождающим жизнь) способом.
Фосфин — это молекула, состоящая из одного атома фосфора и трех атомов водорода, которые обычно не предпочитают собираться вместе. Требуется огромное количество энергии, например, в экстремальных условиях внутри Юпитера и Сатурна, чтобы разбить атомы с достаточной силой, чтобы преодолеть их естественное отвращение. Исследователи разработали химические пути и термодинамику, задействованные в нескольких сценариях на Земле, чтобы увидеть, смогут ли они произвести достаточно энергии, чтобы превратить фосфор в фосфин.
«В какой-то момент мы рассматривали все менее правдоподобные механизмы, например, если бы тектонические плиты терлись друг о друга, могли бы вы получить плазменную искру, которая генерировала фосфин? Или, если молния ударит куда-нибудь, где есть фосфор, или метеорит содержит фосфор, может ли это вызвать удар, чтобы произвести фосфин? И мы потратили несколько лет на этот процесс, чтобы выяснить, что ничто другое, кроме жизни, не производит обнаруживаемых количеств фосфина».
Они обнаружили, что фосфин не имеет существенных ложноположительных результатов, что означает, что любое обнаружение фосфина является верным признаком жизни. Затем исследователи исследовали, можно ли обнаружить молекулу в атмосфере экзопланеты. Они смоделировали атмосферы идеализированных, бедных кислородом земных экзопланет двух типов: атмосферы, богатые водородом и углекислым газом. Они ввели в моделирование различные скорости производства фосфина и экстраполировали, как будет выглядеть спектр света в данной атмосфере при определенной скорости производства фосфина.
Они обнаружили, что если бы фосфин производился в относительно небольших количествах, эквивалентных количеству метана, производимого на Земле сегодня, он создавал бы в атмосфере сигнал, который был бы достаточно четким, чтобы быть обнаруженным передовой обсерваторией, такой как предстоящий космический телескоп Джеймса Уэбба, если бы эта планета находилась в пределах 5 парсеков или примерно в 16 световых годах от Земли — сфера пространства, которая охватывает множество звезд, вероятно, содержащих скалистые планеты.
Соуза-Сильва говорит, что, помимо определения фосфина в качестве жизнеспособного биосигнала в поисках внеземной жизни, результаты группы обеспечивают конвейер или процесс, которым исследователи могут следовать при характеристике любого другого из 16 000 кандидатов на биосигналы.
«Я думаю, что сообществу необходимо инвестировать в то, чтобы отфильтровать этих кандидатов в какой-то приоритет», — говорит она. «Даже если некоторые из этих молекул действительно являются тусклыми маяками, если мы сможем определить, что только жизнь может посылать этот сигнал, тогда я чувствую, что это золотая жила».
https://news.mit.edu/2019/phosphine-aliens-stink-1218
Загрузка...
