Studiando i contenuti atmosferici della Terra antica e attuale, gli scienziati affermano di aver scoperto specifiche combinazioni chimiche che potrebbero rivelare la presenza di attività biologica su altri pianeti.

Queste biofirme, descritto nel giornale Progressi scientifici , potrebbe offrire uno strumento chiave nella ricerca della vita extraterrestre.

"C'è un percorso diretto dalle conclusioni del nostro lavoro alla possibile scoperta, che sarebbe storico, della vita altrove, ", ha affermato l'autore senior David Catling, uno scienziato planetario e astrobiologo presso l'Università di Washington a Seattle.

Migliaia di pianeti oltre il nostro sistema solare, conosciuti come pianeti extrasolari, sono stati scoperti negli ultimi anni, un piccolo numero dei quali sembra essere roccioso, Pianeti delle dimensioni della Terra alla giusta distanza dalla loro stella per contenere acqua liquida. Studiare quelli con atmosfere rilevabili potrebbe fornire indizi cruciali sul fatto che ospitino la vita.

Quando nuovi potenti telescopi iniziano a essere online, i ricercatori stanno cercando di capire esattamente quali sostanze chimiche atmosferiche dovrebbero cercare. Dopotutto, solo perché un pianeta sembra avere gli ingredienti giusti per la vita non significa che in realtà ci sia qualcosa che ci vive.

Gli scienziati si sono concentrati su alcune molecole potenzialmente rivelatrici, come il metano. Il metano è prodotto in grandi quantità dai microbi sulla Terra (compresi quelli nelle pance dei bovini). Ma il metano può essere prodotto anche da fonti non biologiche, come i vulcani.

L'ossigeno molecolare (due atomi di ossigeno legati insieme) è prodotto oggi in quantità massicce dalle alghe fotosintetizzanti, piante e microbi. Ma il meccanismo fotosintetico è così complicato che gli scienziati pensano che si sia evoluto solo una volta sul nostro pianeta. Ciò significa che non c'è alcuna garanzia di trovare la fotosintesi che produce ossigeno su altri mondi, anche se la vita esiste lì.

Così, fare affidamento su una singola sostanza chimica potrebbe produrre falsi positivi o falsi negativi, ha detto la coautrice dello studio Stephanie Olson, un astrobiologo e studente laureato presso l'Università della California, Lungofiume. Ma gli esseri viventi alterano i loro ambienti in modi complessi. E se ci fosse una particolare miscela di molecole che non esisterebbe senza la vita?

Per scoprirlo, Lo studente laureato di Catling Joshua Krissansen-Totton ha condotto uno studio che ha esaminato l'atmosfera terrestre in tre fasi della sua esistenza:l'Archeano (da 4 a 2,5 miliardi di anni fa), il Proterozoico (da 2,5 miliardi a 541 milioni di anni fa) e il Fanerozoico (da 541 milioni di anni fa ad oggi).

Durante ciascuno di questi periodi di tempo, la vita (e il pianeta stesso) sembravano molto diversi. Metti un'istantanea di ogni periodo terrestre fianco a fianco, e sembrerebbero pianeti completamente diversi.

"La frase simile alla Terra non si riferisce a un pianeta che assomigli necessariamente alla Terra moderna, " Olson ha detto. "In realtà è un termine molto ampio che comprende un'ampia varietà di mondi. Include mondi nebulosi come l'Archean; include mondi ghiacciati come gli intervalli della "Terra palla di neve"; include mondi anossici con ecosistemi esclusivamente microbici; include mondi con vita complessa e intelligente; e include mondi che non abbiamo ancora visto".

Questo è utile per gli scienziati, lei ha aggiunto, che hanno bisogno di diversi modelli per come potrebbe essere la vita su altri mondi.

Nonostante le loro differenze, ciascuno di questi periodi della storia della Terra condivide almeno una caratteristica:gli squilibri chimici nella loro atmosfera. Questo perché l'attività biologica produce sostanze che altrimenti non avrebbero attività di coesistenza, Catling ha detto.

Prendi metano e ossigeno:messi insieme, questi gas reagiscono rapidamente e si distruggono a vicenda. Ma ci sono un sacco di entrambi sulla Terra, perché gli esseri viventi continuano a produrli.

"Se trovi un sistema in equilibrio, hai trovato qualcosa che è morto. O qualcosa che non è vivo, " Catling ha detto. "Quando vediamo qualcosa di insolito, è fuori di testa, può essere un segno di vita."

La gente ha parlato di questa idea fin dagli anni '60, Catling ha detto, ma non l'avevo davvero quantificato fino ad ora. Per questa carta, gli scienziati hanno eseguito simulazioni utilizzando i contenuti chimici noti di ciascuna atmosfera per vedere se esistessero squilibri chimici rivelatori.

I ricercatori hanno scoperto che durante l'Archeano, quando c'era poco ossigeno, la coesistenza del metano, l'azoto e l'anidride carbonica nell'atmosfera (insieme all'acqua liquida) sarebbero stati un segno che gli esseri viventi erano al lavoro.

"Grandi flussi di ciascun gas in assenza di biologia sono davvero difficili da spiegare, " Olson ha detto della coesistenza di anidride carbonica e metano.

Nel medio Proterozoico, mentre i microbi produttori di ossigeno si alzavano, l'omaggio sarebbe una combinazione di ossigeno, azoto e acqua liquida. Anche se i livelli di ossigeno atmosferico sono troppo bassi per essere rilevabili, gli scienziati potrebbero invece cercare l'ozono, ha detto Olson. Questo perché l'ozono (composto da tre atomi di ossigeno) è costituito da reazioni che coinvolgono l'ossigeno prodotto biologicamente e produce un segnale molto forte che potrebbe essere rilevabile anche a bassi livelli.

Nel Fanerozoico, che comprende i giorni nostri, le biofirme sarebbero ossigeno con azoto e acqua. (I livelli di ossigeno qui sarebbero molto più alti e molto più facili da rilevare rispetto al medio Proterozoico.)

Alcuni dei cocktail chimici, come la combinazione di metano e anidride carbonica, potrebbe essere rilevabile da futuri osservatori come il James Webb Space Telescope della NASA, previsto per il lancio nel 2019.

"Sta davvero dando alle persone un percorso in avanti su cosa concentrarsi nelle loro osservazioni, " ha detto Nikole Lewis, uno scienziato di progetto per il James Webb che ha sede presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora.

James Webb esaminerà un'ampia gamma di pianeti, e avere un'ampia varietà di firme biologiche e una gamma di modelli planetari è uno strumento cruciale, lei ha aggiunto. Questo perché più pianeti riescono a trovare che soddisfano questi criteri, più è probabile che scoprano i pochi che potrebbero davvero ospitare esseri viventi.

"Avremo un campione abbastanza grande che, si spera, ce ne saranno alcuni che sporgono come pollici doloranti, "Ha detto Lewis.

Fino a quando James Webb e altri telescopi in grado di trovare questi contenuti atmosferici non saranno online, continua la caccia a possibili biofirme, hanno detto gli scienziati.

"Al momento non siamo ancora preparati a riconoscere la vita sulla piena diversità degli esopianeti simili alla Terra, e possiamo solo immaginare come potrebbe essere la vita su un pianeta che non è simile alla Terra, " ha detto Olson. "Questa è ovviamente una vasta area di ricerca, e non credo che l'abbiamo ancora capito. Ma lo squilibrio è potenzialmente un percorso particolarmente potente".

©2018 Los Angeles Times
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