Man mano che nuovi e più potenti telescopi si accenderanno nei prossimi anni, gli astronomi potranno puntare i megascopi verso gli esopianeti vicini, scrutando nelle loro atmosfere per decifrarne la composizione e per cercare segni di vita extraterrestre. Ma immagina se, nella nostra ricerca, abbiamo incontrato organismi alieni ma non siamo riusciti a riconoscerli come vita reale.

Questa è una prospettiva che gli astronomi come Sara Seager sperano di evitare. Seager, la classe del 1941 Professore di Scienze Planetarie, Fisica, e Aeronautica e Astronautica al MIT, sta guardando oltre una visione "terra-centrica" ​​della vita e gettando una rete più ampia per quali tipi di ambienti oltre il nostro potrebbero effettivamente essere abitabili.

In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Astronomia della natura , lei ei suoi colleghi hanno osservato in studi di laboratorio che i microbi possono sopravvivere e prosperare in atmosfere dominate dall'idrogeno, un ambiente che è molto diverso dall'atmosfera terrestre ricca di azoto e ossigeno.

L'idrogeno è un gas molto più leggero dell'azoto o dell'ossigeno, e un'atmosfera ricca di idrogeno si estenderebbe molto più lontano da un pianeta roccioso. Potrebbe quindi essere più facilmente individuato e studiato da potenti telescopi, rispetto ai pianeti più compatti, Atmosfere simili alla Terra.

I risultati di Seager mostrano che semplici forme di vita potrebbero abitare pianeti con atmosfere ricche di idrogeno, suggerendo che una volta che i telescopi di prossima generazione come il James Webb Space Telescope della NASA inizieranno a funzionare, gli astronomi potrebbero voler prima cercare segni di vita negli esopianeti dominati dall'idrogeno.

"C'è una diversità di mondi abitabili là fuori, e abbiamo confermato che la vita sulla Terra può sopravvivere in atmosfere ricche di idrogeno, " Dice Seager. "Dovremmo assolutamente aggiungere questo tipo di pianeti al menu delle opzioni quando pensiamo alla vita su altri mondi, e in realtà cercando di trovarlo."

I coautori del MIT di Seager sull'articolo sono Jingcheng Huang, Janusz Petkowski, e Mihkel Pajusalu.

Atmosfera in evoluzione

All'inizio della Terra, miliardi di anni fa, l'atmosfera sembrava molto diversa dall'aria che respiriamo oggi. Il pianeta neonato doveva ancora ospitare ossigeno, ed era composto da una zuppa di gas, compresa l'anidride carbonica, metano, e una piccolissima frazione di idrogeno. Il gas idrogeno è rimasto nell'atmosfera per forse miliardi di anni, fino a quello che è noto come il Grande Evento di Ossidazione, e il graduale accumulo di ossigeno.

La piccola quantità di idrogeno che rimane oggi viene consumata da alcune antiche linee di microrganismi, compresi i metanogeni, organismi che vivono in climi estremi come le profondità sotto il ghiaccio, o nel suolo del deserto, e divorare idrogeno, insieme all'anidride carbonica, per produrre metano.

Gli scienziati studiano regolarmente l'attività dei metanogeni coltivati ​​in condizioni di laboratorio con l'80% di idrogeno. Ma ci sono pochissimi studi che esplorano la tolleranza di altri microbi agli ambienti ricchi di idrogeno.

"Volevamo dimostrare che la vita sopravvive e può crescere in un'atmosfera di idrogeno, "dice Seager.

Uno spazio di testa a idrogeno

Il team si è recato in laboratorio per studiare la fattibilità di due tipi di microbi in un ambiente al 100% di idrogeno. Gli organismi che hanno scelto sono stati i batteri Escherichia coli, un semplice procariota, e lievito, un eucariote più complesso, che non era stato studiato in ambienti dominati dall'idrogeno.

Entrambi i microbi sono organismi modello standard che gli scienziati hanno studiato e caratterizzato a lungo, che ha aiutato i ricercatori a progettare il loro esperimento e a comprenderne i risultati. Cosa c'è di più, E.coli e lievito possono sopravvivere con e senza ossigeno, un vantaggio per i ricercatori, poiché potevano preparare i loro esperimenti con entrambi gli organismi all'aria aperta prima di trasferirli in un ambiente ricco di idrogeno.

Nei loro esperimenti, hanno coltivato separatamente colture di lievito ed E. coli, quindi iniettato le colture con i microbi in bottiglie separate, riempito con un "brodo, " o cultura ricca di sostanze nutritive di cui i microbi potrebbero nutrirsi. Hanno quindi eliminato l'aria ricca di ossigeno nelle bottiglie e riempito lo "spazio di testa" rimanente con un certo gas di interesse, come un gas di idrogeno al 100%. Hanno poi messo le bottiglie in un'incubatrice, dove sono stati gentilmente e continuamente agitati per favorire la miscelazione tra i microbi e le sostanze nutritive.

Ogni ora, un membro del team ha raccolto campioni da ogni bottiglia e ha contato i microbi vivi. Hanno continuato a campionare fino a 80 ore. I loro risultati rappresentavano una classica curva di crescita:all'inizio della sperimentazione, i microbi crebbero rapidamente di numero, nutrendosi dei nutrienti e popolando la coltura. Infine, il numero di microbi si è stabilizzato. La popolazione, ancora fiorente, era stabile, mentre nuovi microbi continuavano a crescere, sostituendo quelli che sono morti.

Seager riconosce che i biologi non trovano i risultati sorprendenti. Dopotutto, l'idrogeno è un gas inerte, e come tale non è intrinsecamente tossico per gli organismi.

"Non è che abbiamo riempito lo spazio di testa con un veleno, " dice Seager. "Ma vedere per credere, Giusto? Se nessuno li ha mai studiati, soprattutto eucarioti, in un ambiente dominato dall'idrogeno, vorreste fare l'esperimento per crederci."

Inoltre chiarisce che l'esperimento non è stato progettato per mostrare se i microbi possono dipendere dall'idrogeno come fonte di energia. Piuttosto, il punto era più dimostrare che un'atmosfera di idrogeno al 100% non avrebbe danneggiato o ucciso certe forme di vita.

"Non credo che agli astronomi sia venuto in mente che potrebbe esserci vita in un ambiente a idrogeno, "dice Seager, chi spera che lo studio incoraggerà il dialogo tra astronomi e biologi, in particolare come la ricerca di pianeti abitabili, e vita extraterrestre, rampa.

Un mondo a idrogeno

Gli astronomi non sono del tutto in grado di studiare le atmosfere di piccoli, esopianeti rocciosi con gli strumenti oggi disponibili. I pochi, i pianeti rocciosi vicini che hanno esaminato mancano di atmosfera o potrebbero semplicemente essere troppo piccoli per essere rilevati con i telescopi attualmente disponibili. E mentre gli scienziati hanno ipotizzato che i pianeti dovrebbero ospitare atmosfere ricche di idrogeno, nessun telescopio funzionante ha la risoluzione per individuarli.

Ma se gli osservatori di prossima generazione individuano questi mondi terrestri dominati dall'idrogeno, I risultati di Seager mostrano che esiste una possibilità che la vita possa prosperare all'interno.

Quanto a che roccioso, un pianeta ricco di idrogeno sembrerebbe, evoca un paragone con la vetta più alta della Terra, Monte Everest. Gli escursionisti che tentano di raggiungere la vetta a corto di aria, a causa del fatto che la densità di tutte le atmosfere diminuisce esponenzialmente con l'altezza, e in base alla distanza di caduta per la nostra atmosfera dominata da azoto e ossigeno. Se un escursionista stesse scalando l'Everest in un'atmosfera dominata dall'idrogeno, un gas 14 volte più leggero dell'azoto, sarebbe in grado di salire 14 volte più in alto prima di rimanere senza aria.

"È un po' difficile girare la testa, ma quel gas leggero rende l'atmosfera più espansiva, " spiega Seager. "E per i telescopi, più grande è l'atmosfera rispetto allo sfondo della stella di un pianeta, più è facile da rilevare."

Se gli scienziati avessero mai la possibilità di campionare un pianeta così ricco di idrogeno, Seager immagina che potrebbero scoprire una superficie diversa, ma non irriconoscibile dal nostro.

"Stiamo immaginando che se si scava nella superficie, probabilmente avrebbe minerali ricchi di idrogeno piuttosto che quelli che chiamiamo ossidati, e anche oceani, poiché pensiamo che tutta la vita abbia bisogno di un qualche tipo di liquido, e probabilmente potresti ancora vedere un cielo blu, "Seager dice. "Non abbiamo pensato all'intero ecosistema. Ma non deve necessariamente essere un mondo diverso".