Tín dụng hình ảnh: NASA
Christopher Chyba là nhà điều tra chính cho nhóm lãnh đạo Viện SETI của Viện Sinh vật học NASA. Chyba trước đây đứng đầu Trung tâm nghiên cứu của Viện SETI về nghiên cứu sự sống trong vũ trụ. Nhóm NAI của anh ta đang theo đuổi một loạt các hoạt động nghiên cứu, xem xét cả sự khởi đầu của cuộc sống trên Trái đất và khả năng sống ở các thế giới khác. Henry Bortman, biên tập viên quản lý tạp chí Astrobiology, đã nói chuyện với Chyba gần đây về một số dự án nhóm của anh ấy sẽ khám phá nguồn gốc và ý nghĩa của oxy trong bầu khí quyển Trái đất.
Tạp chí sinh học: Nhiều dự án mà các thành viên trong nhóm của bạn sẽ thực hiện phải thực hiện với oxy trong bầu khí quyển Trái đất. Ngày nay oxy là một thành phần quan trọng của không khí chúng ta hít thở. Nhưng trên Trái đất sơ khai, có rất ít oxy trong khí quyển. Có rất nhiều tranh luận về việc làm thế nào và khi nào bầu khí quyển hành tinh này trở nên ôxy. Bạn có thể giải thích làm thế nào nhóm nghiên cứu của bạn sẽ tiếp cận câu hỏi này?
Christopher Chyba: Câu chuyện thông thường, mà bạn có lẽ quen thuộc, là sau khi quá trình quang hợp oxy phát triển, lúc đó có một nguồn oxy sinh học khổng lồ trên Trái đất sơ khai. Đó là quan điểm thông thường. Điều đó có thể đúng, và điều mà thường thì trường hợp trong các loại đối số này không phải là liệu một hiệu ứng có đúng hay không. Có lẽ nhiều hiệu ứng đã hoạt động. Nó đặt câu hỏi về hiệu ứng nổi trội là gì, hoặc liệu có một số hiệu ứng có tầm quan trọng tương đương.
Nhà nghiên cứu của Viện SETI Friedemann Freund có một giả thuyết hoàn toàn phi sinh học về sự gia tăng của oxy, trong đó có một số hỗ trợ thí nghiệm từ công việc trong phòng thí nghiệm mà ông đã thực hiện. Giả thuyết cho rằng, khi đá rắn lại từ magma, chúng kết hợp một lượng nhỏ nước. Làm mát và các phản ứng tiếp theo dẫn đến việc sản xuất các liên kết peroxy (bao gồm các nguyên tử oxy và silicon) và hydro phân tử trong đá.
Sau đó, khi đá lửa sau đó bị phong hóa, các liên kết peroxy tạo ra hydro peroxide, phân hủy thành nước và oxy. Vì vậy, nếu điều này là đúng, chỉ cần phong hóa đá lửa sẽ là nguồn cung cấp oxy tự do vào khí quyển. Và nếu bạn nhìn vào một số lượng oxy mà Friedemann có thể giải phóng khỏi đá trong các tình huống được kiểm soát tốt trong các thí nghiệm ban đầu của mình, thì có thể đây là một nguồn oxy đáng kể và đáng kể trên Trái đất sơ khai.
Vì vậy, ngoài việc quang hợp, có thể có một nguồn oxy tự nhiên trên bất kỳ thế giới nào giống như Trái đất có hoạt động mạnh và nước lỏng có sẵn. Điều này sẽ gợi ý rằng quá trình oxy hóa bề mặt có thể là điều mà bạn mong đợi xảy ra, cho dù quá trình quang hợp xảy ra sớm hay muộn. (Tất nhiên, thời gian của điều này cũng phụ thuộc vào bình oxy.) Tôi nhấn mạnh rằng tất cả các giả thuyết tại thời điểm này, để điều tra cẩn thận hơn nhiều. Cho đến nay Friedemann chỉ thực hiện thí nghiệm thí điểm.
Một trong những điều thú vị về ý tưởng Friedemann, là nó cho thấy có thể có một nguồn oxy quan trọng trên các hành tinh hoàn toàn độc lập với tiến hóa sinh học. Vì vậy, có thể có một trình điều khiển tự nhiên đối với quá trình oxy hóa bề mặt của một thế giới, với tất cả các hậu quả tiếp theo cho sự tiến hóa. Hoặc có thể không. Vấn đề là làm việc và tìm hiểu.
Một thành phần khác trong công việc của ông, mà Friedemann sẽ làm với nhà vi trùng học Lynn Rothschild thuộc Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA, phải làm với câu hỏi này là liệu trong môi trường liên quan đến đá lửa phong hóa và sản xuất oxy, bạn có thể tạo ra môi trường vi mô không sẽ cho phép một số vi sinh vật sống trong những môi trường đó thích nghi trước với môi trường giàu oxy. Họ sẽ làm việc với các vi sinh vật để cố gắng giải quyết câu hỏi đó.
LÀ: Emma Banks sẽ xem xét các tương tác hóa học trong bầu khí quyển của Titan Saturn mặt trăng Titan. Làm thế nào mà liên kết với sự hiểu biết oxy trên Trái đất sớm?
CC: Emma Lầu nhìn vào một cách phi sinh học khác có thể quan trọng trong việc oxy hóa bề mặt thế giới. Emma thực hiện các mô hình tính toán hóa học, đến tận mức cơ học lượng tử. Cô ấy thực hiện chúng trong một số bối cảnh, nhưng những gì liên quan đến đề xuất này có liên quan đến sự hình thành khói mù.
Trên Titan - và có thể trên Trái đất sơ khai, tùy thuộc vào mô hình của bạn đối với bầu khí quyển của Trái đất sơ khai - có một sự trùng hợp metan [sự kết hợp các phân tử metan thành các phân tử chuỗi hydrocarbon lớn hơn] trong bầu khí quyển phía trên. Khí quyển Titan Titan là vài phần trăm khí mêtan; hầu như tất cả phần còn lại của nó là nitơ phân tử. Nó bắn phá bằng tia cực tím từ mặt trời. Nó cũng bắn phá các hạt tích điện từ từ quyển Saturn. Tác dụng của việc đó, tác động lên metan, CH4, là phá vỡ metan và trùng hợp nó thành các hydrocacbon chuỗi dài hơn.
Nếu bạn bắt đầu trùng hợp metan thành chuỗi carbon dài hơn và dài hơn, mỗi lần bạn thêm một carbon khác vào chuỗi, bạn đã phải loại bỏ một số hydro. Ví dụ, để đi từ CH4 (metan) đến C2H6, (ethane), bạn phải loại bỏ hai hydrogens. Hydrogen là một nguyên tử cực kỳ nhẹ. Ngay cả khi nó tạo ra H2, thì đó là một phân tử cực kỳ nhẹ và phân tử đó đã bị mất khỏi bầu khí quyển Titan, giống như khi nó bị mất khỏi đỉnh của bầu khí quyển Trái đất. Nếu bạn thổi khí hydro ra khỏi đỉnh khí quyển của bạn, hiệu ứng ròng là oxy hóa bề mặt. Vì vậy, nó khác một cách khác cung cấp cho bạn một quá trình oxy hóa ròng của bề mặt thế giới.
Emma cảm thấy thích thú với điều này chủ yếu liên quan đến những gì diễn ra trên Titan. Nhưng nó cũng có khả năng liên quan như một loại cơ chế oxy hóa toàn cầu cho Trái đất sơ khai. Và, đưa nitơ vào bức tranh, cô ấy quan tâm đến việc sản xuất axit amin tiềm năng từ những điều kiện này.
LÀ: Một trong những bí ẩn về sự sống sớm trên Trái đất là làm thế nào nó sống sót sau tác hại của bức xạ tia cực tím (UV) trước khi có đủ oxy trong khí quyển để cung cấp lá chắn ozone. Janice Giám mục, Nathalie Cabrol và Edmond Grin, tất cả đều thuộc Viện SETI, đang khám phá một số chiến lược này.
CC: Và có rất nhiều chiến lược tiềm năng ở đó. Một người chỉ đủ sâu bên dưới bề mặt, cho dù bạn nói về đất hay biển, để được che chắn hoàn toàn. Một cách khác là được bảo vệ bởi các khoáng chất trong chính nước. Janice và Lynn Rothschild đang thực hiện một dự án đang xem xét vai trò của khoáng chất oxit sắt trong nước như một loại lá chắn tia cực tím.
Trong trường hợp không có oxy, sắt trong nước sẽ có mặt như oxit sắt. (Khi bạn có nhiều oxy hơn, sắt sẽ oxy hóa hơn nữa, nó trở thành màu và biến mất.) Ôxít sắt có thể có vai trò của một lá chắn tia cực tím trong các đại dương sớm, hoặc trong các ao hồ sớm. Để điều tra mức độ tốt như một tấm chắn UV tiềm năng, có một số phép đo bạn có thể muốn thực hiện, bao gồm các phép đo trong môi trường tự nhiên, chẳng hạn như ở Yellowstone. Và một lần nữa, có một thành phần vi sinh trong công việc, với sự tham gia của Lynn.
Điều này có liên quan đến dự án mà Nathalie Cabrol và Edmond Grin đang theo đuổi, từ một góc nhìn khác. Nathalie và Edmond rất quan tâm đến sao Hỏa. Cả hai đều thuộc nhóm khoa học Mars Explective Rover. Ngoài công việc trên Sao Hỏa của họ, Nathalie và Edmond khám phá môi trường trên Trái đất dưới dạng các trang web tương tự Sao Hỏa. Một trong những chủ đề điều tra của họ là các chiến lược để sinh tồn trong môi trường UV cao. Có một hồ nước cao sáu km trên Licancabur (một ngọn núi lửa không hoạt động ở Andes). Bây giờ chúng ta biết có cuộc sống vi mô ở hồ đó. Và chúng tôi muốn biết chiến lược của mình để sống sót trong môi trường UV cao là gì? Và đó là một cách khác, rất thực nghiệm để có được câu hỏi này về cách sự sống tồn tại trong môi trường UV cao tồn tại trên Trái đất sơ khai.
Cả bốn dự án này đều được kết hợp với nhau, bởi vì chúng phải làm với sự gia tăng oxy trên Trái đất sơ khai, làm thế nào các sinh vật sống sót trước khi có oxy đáng kể trong khí quyển, và sau đó, tất cả những điều này liên quan đến sao Hỏa.
Nguồn gốc: Tạp chí Astrobiology
