Door de atmosferische inhoud van de oude en huidige aarde te bestuderen, wetenschappers zeggen dat ze specifieke chemische combinaties hebben ontdekt die de aanwezigheid van biologische activiteit op andere planeten zouden kunnen onthullen.

Deze biohandtekeningen, beschreven in het journaal wetenschappelijke vooruitgang , zou een belangrijk hulpmiddel kunnen zijn bij het zoeken naar buitenaards leven.

"Er is een direct pad van de conclusies van ons werk naar de mogelijke ontdekking, wat een historische zou zijn, van het leven elders, " zei senior auteur David Catling, een planetaire wetenschapper en astrobioloog aan de Universiteit van Washington in Seattle.

Duizenden planeten buiten ons zonnestelsel, bekend als exoplaneten, de afgelopen jaren zijn ontdekt, waarvan een klein aantal rotsachtig lijkt, Planeten ter grootte van de aarde op de juiste afstand van hun ster om vloeibaar water vast te houden. Het bestuderen van degenen met detecteerbare atmosferen zou cruciale aanwijzingen kunnen opleveren over de vraag of ze leven herbergen.

Nu er krachtige nieuwe telescopen online komen, onderzoekers proberen erachter te komen naar welke atmosferische chemicaliën ze moeten zoeken. Ten slotte, alleen omdat een planeet eruitziet alsof hij de juiste ingrediënten voor leven heeft, wil nog niet zeggen dat er echt iets leeft.

Wetenschappers hebben zich gericht op een paar potentieel veelbetekenende moleculen, zoals methaan. Methaan wordt in grote hoeveelheden geproduceerd door microben op aarde (inclusief die in de buiken van runderen). Maar methaan kan ook worden geproduceerd door niet-biologische bronnen, zoals vulkanen.

Moleculaire zuurstof (twee aan elkaar gebonden zuurstofatomen) wordt tegenwoordig in enorme hoeveelheden geproduceerd door fotosynthese van algen, planten en microben. Maar het fotosynthesemechanisme is zo ingewikkeld dat wetenschappers denken dat het zich maar één keer op onze eigen planeet heeft ontwikkeld. Dat betekent dat er geen garantie is op het vinden van zuurstofproducerende fotosynthese op andere werelden, ook al bestaat daar leven.

Dus, vertrouwen op een individuele chemische stof kan valse positieven of valse negatieven opleveren, zei studie co-auteur Stephanie Olson, een astrobioloog en afgestudeerde student aan de Universiteit van Californië, Rivieroever. Maar levende wezens veranderen hun omgeving op complexe manieren. Wat als er een bepaald mengsel van moleculen was dat niet zou bestaan ​​zonder leven?

Er achter komen, De afgestudeerde student van Catling, Joshua Krissansen-Totton, leidde een onderzoek dat de atmosfeer van de aarde in drie fasen van zijn bestaan ​​onderzocht:de Archean (4 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden), het Proterozoïcum (2,5 miljard tot 541 miljoen jaar geleden) en het Phanerozoïcum (541 miljoen jaar geleden tot heden).

Tijdens elk van deze perioden, het leven (en de planeet zelf) zag er heel anders uit. Plaats een momentopname van elke Aardse periode naast elkaar, en ze zouden eruitzien als totaal verschillende planeten.

"De uitdrukking "aardachtig" verwijst niet naar een planeet die noodzakelijkerwijs lijkt op de moderne aarde, " zei Olson. "Het is eigenlijk een zeer brede term die een grote verscheidenheid aan werelden omvat. Het omvat wazige werelden zoals de Archean; het omvat ijzige werelden zoals de 'sneeuwbal-aarde'-intervallen; het omvat anoxische werelden met uitsluitend microbiële ecosystemen; het omvat werelden met complex en intelligent leven; en het omvat werelden die we nog niet eens hebben gezien."

Dat is handig voor wetenschappers, voegde ze eraan toe, die meerdere modellen nodig hebben voor hoe het leven op andere werelden eruit zou kunnen zien.

Ondanks hun verschillen, elk van deze perioden in de geschiedenis van de aarde heeft minstens één kenmerk gemeen:chemische onevenwichtigheden in hun atmosfeer. Dat komt omdat biologische activiteit stoffen produceert die anders niet naast elkaar bestaan, zei Catling.

Neem methaan en zuurstof:bij elkaar geplaatst, deze gassen reageren snel en vernietigen elkaar. Maar er is genoeg van beide op aarde, omdat levende wezens ze blijven maken.

"Als je een systeem in evenwicht vindt, je hebt iets gevonden dat dood is. Of iets dat niet leeft, ' zei Catling. 'Als we iets ongewoons zien, dat is uit de lucht gegrepen, het kan een teken van leven zijn."

Mensen praten al sinds de jaren zestig over dit idee, Catling zei, maar had het tot nu toe niet echt gekwantificeerd. Voor dit papier de wetenschappers voerden simulaties uit met behulp van de bekende chemische inhoud van elke atmosfeer om te zien of er veelbetekenende chemische onevenwichtigheden bestonden.

De onderzoekers ontdekten dat tijdens de Archean, toen er weinig zuurstof was, het naast elkaar bestaan ​​van methaan, stikstof en koolstofdioxide in de atmosfeer (samen met vloeibaar water) zouden een teken zijn geweest dat levende wezens hard aan het werk waren.

"Grote fluxen van elk gas in de afwezigheid van biologie is echt moeilijk uit te leggen, " Olson zei over het naast elkaar bestaan ​​van koolstofdioxide en methaan.

In het midden van het Proterozoïcum, toen zuurstofproducerende microben opkwamen, de weggever zou een combinatie van zuurstof zijn, stikstof en vloeibaar water. Zelfs als het zuurstofgehalte in de lucht te laag is om waarneembaar te zijn, wetenschappers zouden in plaats daarvan naar ozon kunnen zoeken, zei Olson. Dat komt omdat ozon (samengesteld uit drie zuurstofatomen) wordt gemaakt door reacties met biologisch geproduceerde zuurstof en het produceert een zeer sterk signaal dat zelfs bij lage niveaus detecteerbaar is.

In het Fanerozoïcum, waaronder het heden, de biosignaturen zouden zuurstof met stikstof en water zijn. (Zuurstofniveaus zouden hier veel hoger en veel gemakkelijker te detecteren zijn dan in het midden van het Proterozoïcum.)

Een paar van de chemische cocktails, zoals de combinatie van methaan en koolstofdioxide, kan worden gedetecteerd door toekomstige observatoria zoals NASA's James Webb Space Telescope, gepland voor lancering in 2019.

"Het geeft mensen echt een pad voorwaarts over waar ze zich op moeten concentreren bij hun observaties, " zei Nikola Lewis, een projectwetenschapper voor de James Webb die is gebaseerd op het Space Telescope Science Institute in Baltimore.

James Webb zal een breed scala aan planeten onderzoeken, en het hebben van een grote verscheidenheid aan biosignaturen en een reeks planetaire sjablonen is een cruciaal hulpmiddel, voegde ze eraan toe. Dat komt omdat hoe meer planeten ze kunnen vinden die aan deze criteria voldoen, hoe groter de kans dat ze de weinige ontdekken die echt levende wezens zouden kunnen herbergen.

"We zullen een monster hebben dat groot genoeg is, hopelijk zullen er een paar zijn die eruit zullen steken als pijnlijke duimen, ' zei Lewis.

Totdat James Webb en andere telescopen die deze atmosferische inhoud kunnen vinden online komen, de jacht op mogelijke biosignaturen gaat door, zeiden wetenschappers.

"Op dit moment zijn we nog niet voorbereid om het leven op de volledige diversiteit van aardachtige exoplaneten te herkennen, en we kunnen ons alleen maar voorstellen hoe het leven eruit zou kunnen zien op een planeet die niet op de aarde lijkt, "Zei Olson. "Dat is natuurlijk een enorm onderzoeksgebied, en ik denk dat we er nog niet helemaal uit zijn. Maar onevenwichtigheid is potentieel een bijzonder krachtige weg vooruit."

© 2018 Los Angeles Times
Gedistribueerd door Tribune Content Agency, LLC.