Изопреновый запах жизни
Простой углеводород может указать на существование жизни на экзопланете, правда, его следы не так просто зафиксировать.
На сегодня астрономы обнаружили и подтвердили существование почти пяти тысяч экзопланет, ещё столько же объектов за пределами Солнечной системы ждут подтверждения своего экзопланетного статуса. Среди этого многообразия есть как экзопланеты, похожие на Землю, так и сильно от неё отличающиеся. Интересен, конечно, любой внеземной мир, но особенно – тот, в котором могла бы потенциально существовать жизнь. Но даже если экзопланета похожа на Землю своим размером и составом, вращается вокруг звезды, похожей на Солнце, всё это нельзя считать достаточными условиями для развития на ней жизни. Наглядный пример тому – наш планетарный сосед Марс, по поверхности которого колесит уже не первый марсоход в поисках следов чего-то живого. Казалось бы, поиск жизни – гиблое дело, особенно на экзопланетах, расположенных от нас в миллион раз дальше, чем Марс. Однако, не всё так безнадёжно.Дать подсказку, есть ли кто живой на экзопланете, могут биомаркеры. Так астробиологии называют химические вещества или их специфические сочетания в атмосфере экзопланеты, которые, как индикатор, с большой вероятностью указывают на протекание тех или иных биохимических реакций. К биомаркерам, как впрочем и любым другим индикаторам, предъявляется ряд простых и логичных требований. Например, они должны давать как можно меньше ложноположительных и ложноотрицательных результатов.
Возьмём, к примеру, кислород – по аналогии с Землёй на экзопланетах этот газ может свидетельствовать о протекании реакции фотосинтеза. Кислород – довольно активный газ, и без постоянной подпитки в виде тех же бактерий, он, скорее всего, прореагирует с другими веществами и пропадёт из состава атмосферы. Но если мы не «увидим» кислород в атмосфере экзопланеты (это можно сделать, анализируя спектральный состав света, прошедшего сквозь её атмосферу), то это совсем не значит, что на экзопланете нет жизни. В конце концов на нашей Земле кислорода в атмосфере не было целых два с лишним миллиарда лет.
Другой пример – метан. Этот простейший углеводород выделяют многие микроорганизмы, и он тоже может быть биомаркером. Но источником метана в атмосфере могут быть не только живые организмы, но и вулканы. Поскольку экзопланет много, и они разные, то и вероятность увидеть тот или иной биомаркер повышается. Поэтому астробиологии ищут новые биомаркеры, чтобы увеличить шансы найти обитаемую экзопланету. Так исследователи из Массачусетского технологического института предложили в качестве биомаркера молекулу одного углеводорода – изопрена. Статья недавно опубликована в журнале Astrobiology, а её препринт доступен на сайте arxiv.org.
На Земле изопрен выделяют самые разные живые организмы: от простейших до млекопитающих, хотя больше всего изопрена (порядка 90%) в воздух поставляют лесные массивы. Его могут вырабатывать и аэробные и анаэробные организмы, а значит, мы сможем протестировать на «живое» и безкислородные миры. Однако в земной атмосфере изопрена чрезвычайно мало, и это притом, что каждый год в воздух попадает порядка 500 миллионов тонн этого вещества. Всё дело заключается в его исключительной недолговечности. На воздухе изопрен «живёт» в среднем меньше трёх часов: он легко окисляется кислородом, разрушается под действием ультрафиолета и вступает в другие химические реакции. Но если атмосфера экзопланеты будет не такая агрессивная в этом плане, как земная, то при определённых условиях в ней может накопиться измеримое количество изопрена. Ещё одно преимущество изопрена, как биомаркера, состоит в том, что в отличие от того же метана, у него нет значимых геохимических источников. То есть если изопрен в атмосфере есть, значит, он с очень высокой вероятностью образовался в результате именно биохимических процессов.
Но и недостатков у изопренового биомаркера тоже хватает. Во-первых, в атмосфере экзопланеты его должно быть довольно много, чтобы была хотя бы теоретическая возможность его обнаружить с помощью современного оборудования. Если, к примеру, экзопланета находится рядом со звездой наподобие нашего Солнца, то с большой вероятностью поток ультрафиолета будет разрушать изопрен в верхних слоях атмосферы быстрее, чем он там сможет накопиться. Во-вторых, изопрен можно спутать с другими углеводородами, которые совсем не обязательно будут иметь биохимическое происхождение. Да и зарегистрировать сигнал изопрена в спектре экзопланеты можно будет лишь с помощью телескопов, которые ещё только-только создаются. Например, как орбитальный инфракрасный телескоп Джеймс Уэбб, который планируют вывести на орбиту осенью этого года. Однако к обработке данных будущих наблюдений нужно готовиться уже сейчас, тогда и интересные результаты получим быстрее.