Wetenschap
Kan het leven op aarde overleven op een rode dwergplaneet?
Hoewel de wetenschap van exoplaneten de afgelopen tien jaar aanzienlijke vooruitgang heeft geboekt, bevinden we ons nog steeds in een ongelukkige situatie. Wetenschappers kunnen alleen maar goede inschattingen maken over welke exoplaneten mogelijk bewoonbaar zijn. Zelfs de dichtstbijzijnde exoplaneet bevindt zich op vier lichtjaar afstand, en hoewel vier een klein geheel getal is, is de afstand enorm.
Dat weerhoudt wetenschappers er echter niet van om dingen in elkaar te passen.
Een van de meest consequente vragen in de wetenschap en bewoonbaarheid van exoplaneten betreft rode dwergen. Rode dwergen zijn er in overvloed, en onderzoek toont aan dat ze massa’s planeten herbergen. Hoewel gasreuzen zoals Jupiter relatief zeldzaam zijn rond rode dwergen, zijn andere planeten dat niet. Uit observatiegegevens blijkt dat ongeveer 40% van de rode dwergen superaardse planeten in hun bewoonbare zones herbergt.
Rode dwergen hebben het een en ander te bieden als het gaat om de bewoonbaarheid van exoplaneten. Deze sterren met een lage massa hebben een extreem lange levensduur, wat betekent dat de energieproductie gedurende lange perioden stabiel is. Voor zover we kunnen nagaan is dat een voordeel voor de potentiële bewoonbaarheid en de evolutie van complex leven. Stabiliteit geeft het leven de kans om op veranderingen te reageren en in zijn niches te blijven bestaan.
Maar rode dwergen hebben ook een donkere kant:flakkeren. Alle sterren flitsen tot op zekere hoogte, zelfs onze zon. Maar het schijnen van de zon is niet eens van hetzelfde niveau als het schijnen van rode dwergen. Rode dwergen kunnen zo krachtig oplichten dat ze in zeer korte tijd hun helderheid kunnen verdubbelen. Bestaat er een manier waarop leven kan overleven op rode dwergplaneten?
Nieuw onderzoek van wetenschappers uit Portugal en Duitsland onderzoekt die vraag. Om het idee van de bewoonbaarheid van rode dwerg-exoplaneten te testen, gebruikten de onderzoekers een gangbaar type schimmel en onderwierpen deze aan gesimuleerde rode dwergstraling, die alleen werd beschermd door een gesimuleerde atmosfeer van Mars.
Het onderzoek luidt:"Hoe bewoonbaar zijn M-dwerg-exoplaneten? Modelleren van de oppervlakteomstandigheden en onderzoeken van de rol van melanines in de overleving van Aspergillus niger-sporen onder exoplaneetachtige straling." De hoofdauteur is Afonso Mota, een astrobioloog bij de Aerospace Microbiology Research Group van het Institute of Aerospace Medicine van het German Aerospace Center (DLR). Het artikel is ingediend bij het tijdschrift Astrobiology en is momenteel beschikbaar op de preprint-server arXiv .
Aspergillus niger komt alomtegenwoordig voor in de bodem en staat algemeen bekend om de zwarte schimmel die het op sommige soorten fruit en groenten kan veroorzaken. Het is ook een productieve producent van melanine. Melanine absorbeert licht zeer efficiënt, en bij mensen wordt melanine geproduceerd door blootstelling aan UV-straling, waardoor de huid donkerder wordt. Melanines zijn wijdverspreid van aard en extremofielen gebruiken ze om zichzelf te beschermen. Melanine kan tot 99,9% van de geabsorbeerde UV verdrijven. Wetenschappers denken dat het verschijnen van melanines mogelijk een cruciale rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van het leven op aarde door organismen te beschermen tegen de schadelijke straling van de zon.
In wezen stelt dit onderzoek een vrij eenvoudige vraag. Kan de melanine van Aspergillus niger hem helpen het opvlammen van rode dwergen te overleven wanneer hij wordt beschermd door een dunne atmosfeer zoals die van Mars?
Proxima Centauri en TRAPPIST-1 zijn beide bekende rode dwergen in de exoplaneetwetenschap omdat ze rotsachtige exoplaneten in hun bewoonbare zones herbergen. Deze studie concentreert zich op Proxima Centauri b (hierna PCb) en TRAPPIST-1 e (hierna T1e). Ze hebben allebei waarschijnlijk temperaturen die het mogelijk maken dat vloeibaar water op hun oppervlak aanwezig is, gegeven de juiste atmosferische eigenschappen. Zowel PCB als T1e hebben waarschijnlijk ook een aanvaardbare stralingsomgeving.
Het is onmogelijk om de oppervlaktecondities van deze planeten perfect te modelleren, maar onderzoekers kunnen er wel dichtbij komen door de zogenaamde evenwichtstemperatuur te gebruiken. Het meten van het affakkelen van sterren is eenvoudiger omdat het vanaf grote afstanden nauwkeurig kan worden waargenomen. De melanineproductie in A. niger is eveneens goed bekend. Door met alle drie de factoren te werken, konden de onderzoekers modelleren hoe de schimmel het zou doen op het oppervlak van een planeet in de bewoonbare zone rond een rode dwerg.
"In de context van astrobiologie, en in het bijzonder astromycologie, is de studie van extremotolerante schimmels van cruciaal belang gebleken voor een beter begrip van de grenzen van het leven en de bewoonbaarheid", schrijven de auteurs. "Aspergillus niger, een extremotolerante draadschimmel, is vaak gebruikt als modelorganisme voor het bestuderen van de overleving van schimmels in extreme omgevingen en groeit onder een breed scala aan omstandigheden."
De sporen van A. niger hebben een complexe en dichte laag melanine die ze beschermt tegen UV- en röntgenstraling. Ze zijn gevonden in het Internationale Ruimtestation, een bewijs van hun vermogen om enkele gevaren in de ruimte te weerstaan. Hoewel ze op de aarde voorkomen, kunnen wetenschappers ze gebruiken om de potentiële bewoonbaarheid van exoplaneten te bestuderen.
In dit werk testten de onderzoekers de overlevingskansen van A. niger-sporen in gesimuleerde oppervlakteomstandigheden van PCb en T1c, waarbij de rode dwergsterren de planetaire oppervlakken baden in krachtige UV- en röntgenstraling.
De onderzoekers testten verschillende soorten A. niger-sporen in verschillende oplossingen. De ene was een wilde soort, de andere was een mutante soort die was aangepast om pyomelanine te produceren en uit te scheiden, een van de melanines die van bijzonder belang zijn voor wetenschappers, en de derde was een melanine-deficiënte soort. De sporen werden gedurende een bepaalde periode gesuspendeerd in zoutoplossingen, melaninerijke oplossingen of een controleoplossing, terwijl ze werden blootgesteld aan verschillende hoeveelheden röntgen- en UV-straling.
Na blootstelling werden de drie soorten A. niger-sporen getest op hun overlevingskansen en levensvatbaarheid.
De resultaten laten zien dat A. niger in staat zou zijn om de intense stralingsomgevingen te overleven die de oppervlakken van rode dwerg-exoplaneten kunnen steriliseren. Niet als het direct wordt blootgesteld, maar als het zich onder slechts een paar millimeter aarde of water bevindt. “Als de röntgenstralen van zonnevlammen niet worden verzwakt, zouden ze hoogstwaarschijnlijk het oppervlak van alle bestudeerde exoplaneten steriliseren. Micro-organismen die geschikt zijn om onder het oppervlak te overleven, zouden echter niet worden beïnvloed door de meeste exogene stralingsbronnen onder een paar millimeter grond of water”, leggen de onderzoekers uit. .
Waar het onderzoek op neerkomt is melanine. Hoe meer melanine er is, hoe hoger het overlevingspercentage van A. niger.
"De experimenten die in dit onderzoek zijn uitgevoerd bevestigen het multifunctionele doel van melanine, aangezien de sporen van A. niger MA93.1 sneller en efficiënter ontkiemden in een melaninerijk extract in vergelijking met de twee controleoplossingen", schrijven de auteurs. A. niger MA93.1 is de mutante stam die is gemodificeerd om melanine te produceren en uit te scheiden.
Voor de exoplaneten T1e en PCb is het onderzoek veelbelovend voor degenen onder ons die hopen op bewoonbaarheid op andere planeten. Als het om UV-C-straling gaat, zou een aanzienlijk deel van de sporen uit monsters die melanine bevatten, de superflares kunnen overleven die op PCB en T1e inslaan, zelfs met zeer weinig atmosferische afscherming. Blootstelling aan röntgenstraling was vergelijkbaar.
Hoewel we ons allemaal graag het complexe leven elders in het universum voorstellen, is de kans groter dat we op werelden stuiten die in niets op de aarde lijken. Als we leven vinden, zullen het waarschijnlijk eenvoudige organismen zijn die een manier vinden om te overleven in wat wij als marginale of extreme omgevingen zouden beschouwen. Omdat rode dwergen zo vaak voorkomen, zullen we dit leven waarschijnlijk daar aantreffen.
Deze studie ondersteunt dat idee.
"Bovendien", schrijven de auteurs in hun conclusie, "laten de resultaten van dit werk zien hoe A. niger, net als andere extremotolerante en extremofiele organismen, in staat zou zijn om de zware stralingsomstandigheden op het oppervlak van sommige M-dwerg-exoplaneten te overleven." P>
De melanine speelt een cruciale rol in hun potentiële overleving, concluderen de auteurs. "Bovendien bleek dat melaninerijke oplossingen zeer gunstig zijn voor de overleving en ontkieming van A. niger-sporen, vooral bij behandeling met hoge doses UV- en röntgenstraling."
Er is een voortdurende wetenschappelijke discussie gaande over de bewoonbaarheid van rode dwerg-exoplaneten, waarbij affakkelen een prominente rol speelt. Maar dit onderzoek laat zien dat het misschien nog te vroeg is om rode dwergen af te schrijven en werpt tegelijkertijd licht op hoe het leven op aarde op gang is gekomen.
"Deze resultaten bieden inzicht in hoe levensvormen schadelijke gebeurtenissen en omstandigheden kunnen doorstaan die voorkomen op exoplaneten en hoe melanine een rol kan hebben gespeeld in de oorsprong en evolutie van het leven op aarde en misschien ook op andere werelden."