Genom att studera det atmosfäriska innehållet på den gamla och nuvarande jorden, forskare säger att de har upptäckt specifika kemiska kombinationer som kan avslöja närvaron av biologisk aktivitet på andra planeter.

Dessa biosignaturer, beskrivs i tidningen Vetenskapliga framsteg , kan erbjuda ett viktigt verktyg i sökandet efter utomjordiskt liv.

"Det finns en direkt väg från slutsatserna i vårt arbete till den möjliga upptäckten, som skulle vara historiskt, av livet någon annanstans, "sa seniorförfattaren David Catling, planetvetare och astrobiolog vid University of Washington i Seattle.

Tusentals planeter bortom vårt solsystem, känd som exoplaneter, har upptäckts under de senaste åren, varav ett litet antal verkar vara stenigt, Jordstora planeter på rätt avstånd från sin stjärna för att hålla flytande vatten. Att studera dem med detekterbara atmosfärer kan ge avgörande ledtrådar om huruvida de är värd för livet.

När kraftfulla nya teleskop börjar komma online, forskare försöker ta reda på exakt vilka atmosfäriska kemikalier de ska leta efter. Trots allt, bara för att en planet ser ut som att den har rätt ingredienser för livet betyder inte att det faktiskt finns något som bor där.

Forskare har fokuserat på några potentiellt talande molekyler, såsom metan. Metan produceras i stora mängder av mikrober på jorden (inklusive de i nötkreaturen). Men metan kan också produceras av icke -biologiska källor, som vulkaner.

Molekylärt syre (två syreatomer bundna till varandra) produceras i massiva mängder idag genom fotosyntetiserande alger, växter och mikrober. Men den fotosyntetiska mekanismen är så komplicerad att forskare tror att den bara utvecklats en gång på vår egen planet. Det betyder att det inte finns någon garanti för att hitta syreproducerande fotosyntes på andra världar, även om det finns liv där.

Således, att förlita sig på någon enskild kemikalie kan ge falska positiva eller falska negativ, sa studiemedförfattaren Stephanie Olson, en astrobiolog och doktorand vid University of California, Riverside. Men levande ting förändrar sina miljöer på komplexa sätt. Tänk om det fanns en speciell blandning av molekyler som inte skulle existera utan liv?

Att få reda på, Catlings doktorand Joshua Krissansen-Totton ledde en studie som undersökte jordens atmosfär i tre stadier av dess existens:The Archean (4 miljarder till 2,5 miljarder år sedan), proterozoikum (2,5 miljarder till 541 miljoner år sedan) och fenerozoikum (för 541 miljoner år sedan till idag).

Under var och en av dessa tidsperioder, livet (och planeten själv) såg väldigt annorlunda ut. Placera en ögonblicksbild av varje jordisk period sida vid sida, och de skulle se ut som helt olika planeter.

"Uttrycket jordliknande hänvisar inte till en planet som nödvändigtvis liknar dagens jord alls, "Olson sa." Det är faktiskt en mycket bred term som omfattar en mängd olika världar. Den innehåller disiga världar som Archean; den innehåller isiga världar som "snowball Earth" -intervallen; den innehåller anoxiska världar med uteslutande mikrobiella ekosystem; den innehåller världar med komplexa och intelligenta liv; och det inkluderar världar som vi inte ens har sett ännu. "

Det är till hjälp för forskare, tillade hon, som behöver flera modeller för hur livet i andra världar kan se ut.

Trots deras skillnader, var och en av dessa perioder i jordens historia har minst en egenskap:kemiska obalanser i deras atmosfär. Det beror på att biologisk aktivitet producerar ämnen som annars inte har något samarbete, Sa Catling.

Ta metan och syre:placeras tillsammans, dessa gaser reagerar snabbt och förstör varandra. Men det finns gott om båda på jorden, eftersom levande saker fortsätter att skapa dem.

"Om du hittar ett system i jämvikt, du har hittat något som är dött. Eller något som inte lever, "Catling sa." När vi ser något ovanligt, det är helt galet, det kan vara ett livstecken. "

Folk har pratat om denna idé sedan 1960 -talet, Catling sa, men hade inte riktigt kvantifierat det förrän nu. För detta papper, forskarna körde simuleringar med hjälp av det kända kemiska innehållet i varje atmosfär för att se om det fanns några avslöjande kemiska obalanser.

Forskarna fann att under Archean, när det fanns lite syre, samexistensen av metan, kväve och koldioxid i atmosfären (tillsammans med flytande vatten) skulle ha varit ett tecken på att levande saker var hårda.

"Stora flöden av varje gas i avsaknad av biologi är verkligen svårt att förklara, "Olson sa om samexistensen av koldioxid och metan.

I mitten av proterozoikum, när syreproducerande mikrober steg, giveawayen skulle vara en kombination av syre, kväve och flytande vatten. Även om halterna av atmosfäriskt syre är för låga för att detekteras, forskare kunde leta efter ozon istället, Sa Olson. Det beror på att ozon (består av tre syreatomer) skapas genom reaktioner som involverar biologiskt producerat syre och det producerar en mycket stark signal som kan upptäckas även vid låga nivåer.

I fenerozoikum, som inkluderar dagens, biosignaturerna skulle vara syre med kväve och vatten. (Syrehalterna här skulle mycket högre och mycket lättare att upptäcka än i mitten av proterozoikum.)

Några av de kemiska drinkarna, såsom kombinationen av metan och koldioxid, kan upptäckas av framtida observatorier som NASA:s James Webb rymdteleskop, planerad att lanseras 2019.

"Det är verkligen att ge människor en väg framåt vad de ska fokusera på i sina observationer, "sa Nikole Lewis, en projektforskare för James Webb som är baserad vid Space Telescope Science Institute i Baltimore.

James Webb kommer att undersöka ett brett spektrum av planeter, och att ha en mängd olika biosignaturer och en rad planetmallar är ett avgörande verktyg, tillade hon. Det beror på att ju fler planeter de kan hitta som passar dessa kriterier, desto mer sannolikt är det att de upptäcker de få som verkligen kan vara värd för levande saker.

"Vi kommer att ha ett tillräckligt stort urval för att förhoppningsvis vara några som sticker ut som ont i tummen, "Sa Lewis.

Tills James Webb och andra teleskop som kan hitta detta atmosfäriska innehåll kommer online, jakten på möjliga biosignaturer fortsätter, sa forskare.

"För närvarande är vi ännu inte beredda att känna igen livet på hela mångfalden av jordliknande exoplaneter, och vi kan bara föreställa oss hur livet kan se ut på en planet som inte är jordliknande, "Olson sa." Det är naturligtvis ett stort forskningsområde, och jag tror inte att vi har kommit på det riktigt än. Men obalans är potentiellt en särskilt kraftfull väg framåt. "

© 2018 Los Angeles Times
Distribueras av Tribune Content Agency, LLC.