Bagi sebagian besar spesies kehidupan di alam semesta, oksigen bisa menjadi racun yang mematikan. Tapi, anehnya, ini secara signifikan dapat menyederhanakan pencarian kehidupan seperti ahli astrobiologi. Bayangkan Anda masuk ke mesin waktu yang tidak hanya dapat melakukan perjalanan selama miliaran tahun, tetapi juga mengatasi sasaran cahaya di luar angkasa, semuanya untuk menemukan kehidupan di alam semesta. Bagaimana Anda memulai pencarian Anda? Rekomendasi para ilmuwan mungkin mengejutkan Anda.
Pada awalnya, Anda mungkin berpikir bahwa kehidupan mungkin seperti kehidupan yang dikenal di bumi: rumput, pepohonan, hewan yang bermain-main di lubang air di bawah langit biru dan matahari kuning. Tapi ini adalah pemikiran yang salah. Para astronom yang menyensor planet-planet di Bima Sakti cenderung percaya bahwa sebagian besar kehidupan di alam semesta ada di dunia yang mengorbit bintang katai merah yang lebih kecil tetapi lebih banyak daripada bintang seperti Matahari kita. Karena kelimpahan ini, para astronom harus mempelajarinya dengan sangat teliti. Ambil contoh, katai merah TRAPPIST-1, yang jaraknya hanya 40 tahun cahaya. Pada 2017, para astronom menemukan bahwa setidaknya tujuh planet mirip Bumi berputar di sekitarnya. Banyak observatorium baru - dipimpin oleh bintang NASA,dengan James Webb Space Telescope - mulai tahun 2019 dan akan dapat lebih mengenal planet-planet dari sistem TRAPPIST-1, serta banyak planet lain di dekat katai merah untuk mencari kehidupan.
Sementara itu, tidak ada yang tahu pasti apa yang akan Anda temukan ketika Anda mengunjungi salah satu dunia aneh ini di mesin ruang-waktu Anda, tetapi jika planet ini terlihat seperti Bumi, kemungkinan besar Anda akan menemukan mikroba, dan bukan megafauna yang menarik. Studi yang diterbitkan 24 Januari di Science Advances ini menunjukkan apa arti fakta aneh ini bagi pencarian alien. Salah satu penulis penelitian, David Cutling, seorang ahli kimia atmosfer di Universitas Washington di Seattle, mengintip sejarah planet kita untuk mengembangkan resep baru untuk menemukan kehidupan bersel tunggal di dunia yang jauh dalam waktu dekat.
Sebagian besar kehidupan di Bumi saat ini adalah mikroba, dan pembacaan yang cermat terhadap data fosil dan geokimia planet menunjukkan bahwa hal ini selalu terjadi. Organisme seperti hewan dan tumbuhan - dan oksigen yang dihasilkan tumbuhan ini untuk bernafas pada hewan - adalah fenomena yang relatif baru yang muncul selama setengah miliar tahun terakhir. Sebelumnya, dari empat miliar tahun sejarah Bumi, planet kita menghabiskan dua miliar tahun pertama dalam peran sebagai "dunia berlumpur" di bawah kendali mikroba yang memakan metana, di mana oksigen bukanlah gas yang memberi kehidupan, tetapi racun yang mematikan. Perkembangan cyanobacteria fotosintesis menentukan nasib dua miliar tahun ke depan, dan mikroba "metanogenik" didorong ke tempat-tempat gelap di mana oksigen tidak dapat masuk - gua bawah tanah, rawa-rawa yang dalam, dan wilayah suram lainnya tempat mereka masih hidup. Cyanobacteria secara bertahap menghijaukan planet kita, perlahan-lahan mengisi atmosfernya dengan oksigen dan meletakkan dasar bagi dunia modern. Jika Anda mengunjungi planet kita di mesin waktu Anda selama ini, maka sembilan dari sepuluh Anda hanya akan menemukan kehidupan ganggang bersel tunggal, dan Anda juga berisiko tercekik di udara yang kekurangan oksigen.
Hal ini menjadi tantangan bagi para ilmuwan yang berharap menggunakan Teleskop James Webb (bukan mesin waktu) untuk mencari dunia kehidupan lain. Molekul di atmosfer planet dapat menyerap cahaya yang ditransmisikan dari bintang, menghasilkan cetakan cahaya yang dapat dideteksi oleh para astronom. Kelimpahan oksigen di atmosfer planet adalah salah satu indikator paling jelas dari kemungkinan kehidupan, karena tidak mudah untuk membuatnya tanpa biologi. Menurut ahli astrobiologi, gas yang sangat reaktif ini dapat menjadi "tanda biologis" karena dalam konsentrasi tinggi ia "tidak seimbang" dengan lingkungan. Oksigen, pada umumnya, jatuh dari udara dalam bentuk karat dan oksidasi lainnya pada logam, dan tidak tetap dalam bentuk gas, jadi jika jumlahnya banyak, sesuatu - mungkin kehidupan yang berfotosintesis - harus terus-menerus mengisinya kembali. Tetapi jika Anda mengambil planet kita sebagai contoh, ahli astrobiologi mengakui bahwa oksigen mungkin adalah hal terakhir yang mereka temukan - genetika mengatakan bahwa fotosintesis kompleks sebagai proses menghasilkan oksigen ditemukan oleh cyanobacteria sebagai inovasi evolusioner yang tidak biasa yang ditemukan hanya sekali sepanjang sejarah panjang bumi. lingkungan. Akibatnya, setiap pemburu kehidupan di planet lain akan melihat melalui lensa teleskop, kemungkinan besar, planet bebas oksigen. Tanda tangan lain apa yang bisa dicari oleh pemburu seperti itu?setiap pemburu kehidupan di planet lain akan melihat melalui lensa teleskop, kemungkinan besar planet bebas oksigen. Tanda tangan lain apa yang bisa dicari oleh pemburu seperti itu?setiap pemburu kehidupan di planet lain akan melihat melalui lensa teleskop, kemungkinan besar planet bebas oksigen. Tanda tangan lain apa yang bisa dicari oleh pemburu seperti itu?
Saat ini, cara terbaik untuk menemukan jawabannya adalah dengan kembali ke mesin waktu kita. Hanya kali ini akan menjadi model komputer virtual yang terjun ke kedalaman yang tidak dapat diakses dari masa lalu anoksik Bumi (atau dunia asing saat ini), mengeksplorasi kemungkinan kimiawi gas di atmosfer dan lautan yang dapat terjadi. Dengan menggunakan data dari batuan tua dan model lain untuk memilih asumsi terbaik tentang kimia lingkungan Bumi tiga miliar tahun lalu, komputer dapat melihat ketidakseimbangan yang jelas - kemungkinan tanda tangan biologis. Faktanya, inilah yang dilakukan Cutling, bekerja dengan Joshua Chrissansen-Totton dan Stephanie Olson dari University of California, Riverside.
"Mesin waktu" mereka adalah perkiraan numerik dari sejumlah besar udara yang terperangkap dalam kotak transparan besar dengan lautan terbuka di dasar kotak; komputer hanya menghitung bagaimana gas di dalam kotak akan bereaksi dan bercampur seiring waktu. Pada akhirnya, gas yang berinteraksi menggunakan semua "energi bebas" di dalam kotak dan mencapai kesetimbangan - saat reaksi membutuhkan energi tambahan dari luar, seolah-olah soda telah habis. Dengan membandingkan campuran gas yang dibuang dengan campuran yang direvitalisasi yang awalnya terkunci di dalam kotak, para ilmuwan dapat menghitung dengan tepat bagaimana dan kapan atmosfer dunia berada dalam kesetimbangan. Pendekatan ini dapat mereproduksi contoh paling jelas dari ketidakseimbangan atmosfer yang dimiliki planet kita - adanya oksigen dan jejak metana. Pertunjukan kimia sederhanabahwa gas-gas ini seharusnya tidak hidup berdampingan untuk waktu yang lama, tetapi mereka hidup berdampingan di Bumi, yang menjelaskan bahwa sesuatu di planet kita bernafas dan hidup. Tapi untuk Bumi kuno tanpa oksigen, model tersebut akan menunjukkan perilaku yang sama sekali berbeda.
"Penelitian kami memberikan jawaban" untuk pertanyaan tentang bagaimana menemukan kehidupan anoksik di planet mirip Bumi, kata Cutling. Sebagian besar kehidupan itu sederhana - seperti mikroba - dan sebagian besar planet belum mencapai tahap atmosfer yang kaya oksigen. Kombinasi karbondioksida dan metana yang relatif melimpah (dengan tidak adanya karbon monoksida) adalah tanda-tanda hayati dari dunia semacam itu.
Video promosi:
Chrissansen-Totton menjelaskan lebih rinci: “Keberadaan metana dan karbon dioksida pada saat yang sama tidak biasa, karena karbon dioksida adalah keadaan karbon yang paling teroksidasi, dan metana (terdiri dari atom karbon yang terikat pada empat atom hidrogen) adalah kebalikannya. Sangat sulit untuk menghasilkan dua bentuk oksidasi yang ekstrim ini di atmosfer pada saat yang bersamaan tanpa adanya kehidupan. Planet padat dengan lautan dan lebih dari 0,1% metana di atmosfer harus dianggap sebagai planet yang berpotensi dihuni, kata para ilmuwan. Dan jika metana di atmosfer mencapai tingkat 1% atau lebih, maka dalam hal ini planet tidak akan “berpotensi”, tetapi “kemungkinan besar” dapat dihuni.
Jim Casting, seorang ahli kimia atmosfer di University of Pennsylvania, mengatakan hasil ini "berada di jalur yang benar", meskipun "gagasan bahwa metana mungkin merupakan tanda-tanda biologis di atmosfer anoksida relatif lama."
Selain itu, Cutling dan rekan penulisnya menemukan bagaimana tanda metana mereka harus terwujud dan bagaimana membedakannya dari sumber tidak hidup. Menurut model mereka, metana di atmosfer planet anoksik dari tipe terestrial biasanya bereaksi dengan karbon dioksida, yang masih di udara, bercampur dengan nitrogen dan uap air, dan hujan sebagai senyawa berat. Perhitungan lebih lanjut menunjukkan bahwa tidak ada sumber metana abiotik (yaitu, tidak hidup) di planet padat yang dapat menghasilkan cukup gas untuk mengganggu proses ini - baik itu polusi gas vulkanik, reaksi kimia di ventilasi laut dalam, dan bahkan jatuhnya asteroid. Hanya populasi hidup dari bakteri pemakan metana yang dapat menjelaskan gas tersebut. Lebih penting lagi, meskipun sumber abiotik menyediakan cukup metana,mereka hampir pasti akan menghasilkan banyak karbon monoksida, gas yang beracun bagi hewan tetapi disukai oleh banyak mikroba. Bersama-sama, metana dan karbon dioksida, dengan tidak adanya karbon monoksida, di planet padat dengan lautan dapat dengan baik diartikan sebagai tanda kehidupan tanpa oksigen.
Ini kabar baik bagi para astronom. Teleskop James Webb akan berjuang untuk secara langsung mendeteksi keberadaan oksigen di planet yang berpotensi dapat dihuni yang dilihatnya dalam misinya. Sama seperti mata Anda dapat membedakan cahaya tampak, tetapi tidak dapat melihat radio atau sinar-X, penglihatan Webb disesuaikan dengan spektrum inframerah - bagian dari spektrum yang ideal untuk mempelajari bintang dan galaksi kuno, tetapi tidak dapat mengatasi dengan baik garis penyerapan oksigen, di mana mereka tersebar dan langka. … Beberapa ilmuwan khawatir bahwa pencarian kehidupan harus ditunda sampai teleskop lain yang lebih mampu tersedia. Tetapi sementara Webb tidak dapat melihat oksigen dengan mudah, mata infra merahnya dapat dengan sempurna melihat tanda-tanda kehidupan tanpa oksigen. Teleskop mampu mendeteksi metana secara bersamaan,karbon dioksida dan karbon monoksida di atmosfer beberapa planet dekat bintang katai merah. Misalnya, dalam sistem TRAPPIST-1.
Namun Webb tidak mungkin menguasai bagian terpenting dari kriteria Cutling - menentukan jumlah relatif setiap gas - dan tidak dapat memahami, misalnya, apakah gunung berapi atau mikroba kentut menghasilkan metana di planet tertentu. Tidak mungkin Webb akan menemukan biosfer anoksida di planet mana pun di bawah matahari merah.
Hal lain yang penting. Hidup lebih penting untuk dicari daripada oksigen.
Ilya Khel
