Kredit gambar: NASA
Christopher Chyba adalah penyiasat utama pasukan utama Institut SETI Institut Astrobiologi NASA. Chyba sebelumnya mengetuai Pusat Pengajian Kehidupan di Alam Semesta Institut SETI. Pasukan NAI-nya melakukan pelbagai aktiviti penyelidikan, melihat permulaan kehidupan di Bumi dan kemungkinan kehidupan di dunia lain. Editor pengurusan Astrobiology Magazine, Henry Bortman, baru-baru ini bercakap dengan Chyba mengenai beberapa projek pasukannya yang akan meneroka asal dan kepentingan oksigen di atmosfer Bumi.
Majalah Astrobiologi: Banyak projek yang akan diusahakan oleh ahli pasukan anda berkaitan dengan oksigen di atmosfer Bumi. Hari ini oksigen adalah komponen penting dari udara yang kita hirup. Tetapi di Bumi awal, terdapat sedikit oksigen di atmosfera. Terdapat banyak perdebatan mengenai bagaimana dan kapan atmosfer planet menjadi beroksigen. Bolehkah anda menerangkan bagaimana penyelidikan pasukan anda akan menghampiri soalan ini?
Christopher Chyba: Kisah biasa, yang mungkin anda kenal, adalah bahawa setelah fotosintesis oksigen berkembang, kemudian ada sumber oksigen biologi yang besar di Bumi awal. Itu pandangan biasa. Mungkin betul, dan apa yang biasanya berlaku dalam argumen semacam ini bukanlah sama ada satu kesan betul atau tidak. Mungkin banyak kesan aktif. Ini adalah persoalan mengenai apa kesan dominan, atau apakah terdapat beberapa kesan yang serupa.
Penyelidik Institut SETI Friedemann Freund mempunyai hipotesis bukan biologi sepenuhnya mengenai kenaikan oksigen, yang mendapat sokongan eksperimen dari kerja makmal yang dilakukannya. Hipotesisnya adalah bahawa, ketika batu menguat dari magma, mereka memasukkan sejumlah kecil air. Penyejukan dan tindak balas seterusnya membawa kepada penghasilan pautan peroxy (terdiri daripada atom oksigen dan silikon) dan hidrogen molekul di dalam batuan.
Kemudian, apabila batuan igneus kemudian diluluhawa, pautan peroxy menghasilkan hidrogen peroksida, yang terurai menjadi air dan oksigen. Jadi, jika ini betul, hanya dengan melancarkan batuan beku akan menjadi sumber oksigen bebas ke atmosfera. Dan jika anda melihat sebilangan kuantiti oksigen yang dapat dibebaskan oleh Friedemann dari batuan dalam keadaan terkawal dalam eksperimen awalnya, mungkin ini adalah sumber oksigen yang besar dan signifikan di Bumi awal.
Jadi walaupun selain dari fotosintesis, mungkin ada sejenis sumber oksigen semula jadi di dunia seperti Bumi yang mempunyai aktiviti menyala dan air cair tersedia. Ini menunjukkan bahawa pengoksidaan permukaan mungkin sesuatu yang anda jangkakan akan berlaku, sama ada fotosintesis berlaku awal atau lewat. (Sudah tentu, masa ini bergantung pada penyerapan oksigen juga.) Saya menekankan bahawa itu semua hipotesis pada ketika ini, untuk penyelidikan yang lebih teliti. Friedemann hanya melakukan percubaan percubaan setakat ini.
Salah satu perkara menarik mengenai idea Friedemann adalah bahawa ia menunjukkan mungkin ada sumber oksigen penting pada planet yang sepenuhnya bebas daripada evolusi biologi. Oleh itu, mungkin ada pendorong semula jadi ke arah pengoksidaan permukaan dunia, dengan semua akibatnya untuk evolusi. Atau mungkin tidak. Maksudnya ialah melakukan kerja dan mencari tahu.
Komponen lain dalam karyanya, yang akan dilakukan Friedemann dengan ahli mikrobiologi Lynn Rothschild dari Pusat Penyelidikan Ames NASA, ada kaitan dengan persoalan ini sama ada dalam persekitaran yang berkaitan dengan batuan beku yang sudah lapuk dan pengeluaran oksigen, anda mungkin telah mencipta persekitaran mikro yang akan membolehkan mikroorganisma tertentu yang tinggal di persekitaran tersebut telah beradaptasi dengan persekitaran yang kaya dengan oksigen. Mereka akan melakukan kerja dengan mikroorganisma untuk mengatasi persoalan itu.
PAGI: Emma Banks akan melihat interaksi kimia dalam suasana Titan bulan Saturnus. Bagaimana ia mengaitkan oksigen di Bumi awal?
CC: Emma melihat cara abiotik lain yang mungkin penting dalam pengoksidaan permukaan dunia. Emma melakukan model komputasi kimia, hingga ke tahap mekanikal kuantum. Dia melakukannya dalam beberapa konteks, tetapi apa yang relevan dengan cadangan ini berkaitan dengan pembentukan jerebu.
Di Titan - dan mungkin di Bumi awal juga, bergantung pada model anda untuk atmosfer Bumi awal - terdapat polimerisasi metana [gabungan molekul metana menjadi molekul rantai hidrokarbon yang lebih besar] di atmosfera atas. Suasana Titan adalah beberapa peratus metana; hampir keseluruhannya adalah nitrogen molekul. Ia dihujani cahaya ultraviolet dari matahari. Ia juga dihujani zarah bermuatan dari magnetosfer Saturnus. Kesan daripada itu, bertindak pada metana, CH4, adalah memecah metana dan memolimerkannya menjadi hidrokarbon rantai panjang.
Sekiranya anda mula memolimerkan metana menjadi rantai karbon yang lebih panjang dan lebih panjang, setiap kali anda menambahkan karbon lain ke rantai tersebut, anda mesti menyingkirkan sedikit hidrogen. Sebagai contoh, untuk pergi dari CH4 (metana) ke C2H6, (etana) anda harus menyingkirkan dua hidrogen. Hidrogen adalah atom yang sangat ringan. Walaupun ia menjadikan H2, itu adalah molekul yang sangat ringan, dan molekul itu hilang dari puncak atmosfer Titan, sama seperti ia hilang dari puncak atmosfer Bumi. Sekiranya anda mengeluarkan hidrogen dari atmosfer anda, kesannya adalah mengoksidakan permukaan. Oleh itu, ini adalah cara lain yang memberi anda pengoksidaan bersih dari permukaan dunia.
Emma berminat dalam perkara ini terutama berkaitan dengan apa yang berlaku di Titan. Tetapi ia juga berpotensi relevan sebagai sejenis mekanisme pengoksidaan global untuk Bumi awal. Dan, dengan membawa nitrogen ke dalam gambar, dia berminat dengan potensi pengeluaran asid amino daripada keadaan ini.
PAGI: Salah satu misteri mengenai kehidupan awal di Bumi adalah bagaimana ia bertahan dari kesan kerosakan akibat radiasi ultraviolet (UV) sebelum ada cukup oksigen di atmosfer untuk memberikan pelindung ozon. Janice Bishop, Nathalie Cabrol dan Edmond Grin, yang semuanya bersama Institut SETI, sedang meneroka beberapa strategi ini.
CC: Dan terdapat banyak strategi yang berpotensi di sana. Salah satunya cukup jauh di bawah permukaan, sama ada anda bercakap tentang darat atau laut, agar terlindung sepenuhnya. Yang lain adalah dilindungi oleh mineral di dalam air itu sendiri. Janice dan Lynn Rothschild sedang mengerjakan sebuah projek yang mengkaji peranan mineral ferrik oksida dalam air sebagai sejenis pelindung UV.
Sekiranya tidak ada oksigen, besi di dalam air akan hadir sebagai ferik oksida. (Apabila anda mempunyai lebih banyak oksigen, zat besi akan mengoksidasi lebih jauh; menjadi besi dan jatuh.) Ferrik oksida berpotensi memainkan peranan sebagai pelindung ultraviolet di lautan awal, atau di kolam atau tasik awal. Untuk menyiasat seberapa baiknya sebagai pelindung UV yang berpotensi, ada beberapa pengukuran yang mungkin ingin anda lakukan, termasuk pengukuran di lingkungan semula jadi, seperti di Yellowstone. Sekali lagi terdapat komponen mikrobiologi untuk kerja, dengan penglibatan Lynn.
Ini berkaitan dengan projek yang sedang dijalankan oleh Nathalie Cabrol dan Edmond Grin, dari perspektif yang berbeza. Nathalie dan Edmond sangat berminat dengan Mars. Mereka berdua berada dalam pasukan sains Mars Exploration Rover. Selain karya Mars mereka, Nathalie dan Edmond meneroka persekitaran di Bumi sebagai laman analog Mars. Salah satu topik penyiasatan mereka adalah strategi untuk bertahan dalam persekitaran UV tinggi. Terdapat sebuah tasik setinggi enam kilometer di Licancabur (gunung berapi yang tidak aktif di Andes). Kita sekarang tahu ada kehidupan mikroskopik di tasik itu. Dan kami ingin tahu apa strategi untuk bertahan di persekitaran UV tinggi di sana? Dan itu adalah cara yang berbeza, sangat empirikal untuk memahami persoalan bagaimana kehidupan dapat bertahan dalam persekitaran UV tinggi yang wujud di Bumi awal.
Keempat proyek ini semuanya digabungkan, kerana ada kaitannya dengan kenaikan oksigen di Bumi awal, bagaimana organisma bertahan sebelum ada oksigen yang besar di atmosfer, dan kemudian, bagaimana semua ini berkaitan dengan Marikh.
Sumber Asal: Majalah Astrobiologi
