قد توجد كائنات فضائية تتنفس الهيدروجين على كواكب مختلفة تمامًا عن الأرض

هذا ما توصل إليه باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) الذين نجحوا في تنمية بكتيريا (E-COLI) والحفاظ عليها في بيئات تحاكي جو الهيدروجين 

بقلم: جنيفر تشو، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، 6 مايو 2020، ترجمة: زيف أداكي

تشير الأبحاث الجديدة إلى أن تلسكوبات الجيل التالي ستبحث أولاً عن أجواء غنية بالهيدروجين، لأن الهيدروجين قد يكون علامة بيولوجية حقيقية ويمكن اكتشافها بسهولة لوجود الحياة.

في السنوات المقبلة، عندما تصبح التلسكوبات الجديدة القوية جاهزة للعمل، سيتمكن علماء الفلك من توجيه هذه التلسكوبات الفائقة نحو الكواكب القريبة من نظامنا الشمسي والنظر في غلافها الجوي لتحليل تكوينها والبحث عن علامات الحياة خارج كوكب الأرض. لكن تخيل أننا في بحثنا سنلتقي بالفعل في الحياة، لكننا لن نتعرف عليهم على هذا النحو.

ويأمل علماء الفلك، بما في ذلك سارة سيجر، أن نتمكن من الهروب من مثل هذا الاحتمال. ينظر سيجر، أستاذ علوم الكواكب والفيزياء والطيران والملاحة الفضائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إلى ما هو أبعد من النظرة "الأرضية" للحياة ويطرح شبكة أوسع من البيئات التي قد توجد فيها الحياة.

في مقال نشر بتاريخ 6 مايو 2020 في المجلة طبيعة علم الفلكوذكرت سيجر وزملاؤها أنهم في التجارب التي أجروها في المختبر رأوا أن الكائنات الحية (الكائنات الحية الدقيقة) يمكنها البقاء والازدهار في أجواء مكونة بشكل أساسي من الهيدروجين - وهذه البيئة مختلفة تمامًا عن بيئة الأرض الغنية بالنيتروجين والأكسجين. .

الهيدروجين هو غاز أخف بكثير من كل من النيتروجين والأكسجين، والغلاف الجوي الغني بالهيدروجين أوسع بكثير من الغلاف الجوي للكوكب الأرضي (الصخري). ولذلك، قد يكون من الأسهل تحديد موقعه ودراسته باستخدام التلسكوبات القوية، مقارنة بالكواكب ذات الأغلفة الجوية الأكثر كثافة، مثل الغلاف الجوي للأرض.

تشير النتائج التي توصل إليها سيجر، والتي تظهر أن أشكال الحياة البسيطة قد تسكن كواكب ذات أجواء غنية بالهيدروجين، إلى أنه عندما يبدأ تشغيل تلسكوبات الجيل التالي، مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، سيرغب علماء الفلك أولاً في البحث عن علامات الحياة على الكواكب حيث الهيدروجين هو المكون الرئيسي.

يقول سيغر: "هناك مجموعة متنوعة من العوالم التي قد تحتوي على حياة، وقد أظهرنا أن الحياة التي نشأت على الأرض يمكن أن تعيش في أجواء غنية بالهيدروجين". "نحن بحاجة إلى إضافة هذا النوع من الكواكب إلى قائمة الاحتمالات لدينا عندما نفكر في الحياة في عوالم أخرى ونبحث عنها." شركاء Seeger في كتابة المقال هم Jingcheng Huang وJanusz Petkowski وMihkel Pajusalu.

أجواء متطورة

على الأرض الفتية، قبل مليارات السنين، كان الغلاف الجوي مختلفًا تمامًا عن الهواء الذي نتنفسه اليوم. في بداياته، لم يكن هناك أكسجين على كوكبنا، وكان يتكون من خليط من الغازات، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان وقليل جدًا من الهيدروجين. وربما بقي غاز الهيدروجين في الغلاف الجوي لمليارات السنين، حتى حدثت ما يسمى "كارثة الأكسجين" والتراكم التدريجي للأكسجين. الهيدروجين القليل الذي يبقى على سطح الأرض اليوم تستهلكه أنواع من الكائنات القديمة، بما في ذلك الميثانوجينات - وهي مخلوقات تعيش في مناخات قاسية، على سبيل المثال، في أعماق الجليد أو في التربة الصحراوية، فهي تلتهم الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الميثان.

يقوم العلماء باستمرار بالتحقيق في نشاط مولدات الميثان، التي يتم زراعتها في ظروف معملية تحتوي على ثمانين بالمائة من الهيدروجين. ومع ذلك، هناك عدد قليل من الدراسات التي تدرس مدى تحمل الكائنات الحية الأخرى لبيئة غنية بالهيدروجين.

يقول سيغر: "أردنا أن نظهر أن الحياة تبقى على قيد الحياة ويمكن أن تتطور في جو غني بالهيدروجين".

المساحة الصحيحة

أحضر فريق البحث نوعين من المخلوقات إلى المختبر لاختبار قدرتها على البقاء في بيئة تحتوي على 100 بالمائة من الهيدروجين. لقد اختاروا بكتيريا الإشريكية القولونية والخميرة، وهي كائنات حقيقية النواة أكثر تعقيدًا، والتي لم تتم دراستها بعد في البيئات التي يكون فيها الهيدروجين هو المكون الرئيسي.

ويعد هذان المخلوقان من النماذج الشائعة التي كثيرًا ما قام العلماء بدراستها وتوصيفها، مما ساعد فريق البحث في تصميم تجاربهم وفهم نتائجها. علاوة على ذلك، يمكن للسونيك والخميرة البقاء على قيد الحياة مع الأكسجين وبدونه، وهي ميزة أخرى للباحثين، الذين يمكنهم إعداد تجاربهم في الهواء الطلق، قبل نقل هذين النوعين من الكائنات الحية إلى بيئة غنية بالهيدروجين.

في التجارب، قام الباحثون بزراعة مزارع الخميرة والقولونيات بشكل منفصل، ثم حقنوها في زجاجات منفصلة، ​​وملء كل زجاجة بـ "مرق" أو وسط غني يمكن استخدامه كغذاء للكائنات الحية. بعد ذلك، قم بإزالة الهواء الغني بالأكسجين من الزجاجات واملأ المساحة المتبقية بغاز الهيدروجين بنسبة 100 بالمائة. ثم تم وضع الزجاجات في الحاضنة، حيث تم رجها بلطف وباستمرار لتشجيع الخلط بين الكائنات الحية وركيزة الطعام.

وفي كل ساعة، كان أحد أعضاء الفريق يجمع عينات من كل زجاجة ويحصي المخلوقات الحية. تم أخذ عينات من الزجاجات لمدة ثمانين ساعة. تظهر النتائج التي تم الحصول عليها منحنى الضرب الكلاسيكي: في بداية التجربة، زاد عدد السيترونات بسرعة، وتتغذى على الركيزة وتسكن الثقافة. وفي وقت لاحق، أصبح عددهم متوازنا. ظل حجم السكان، الذي كان لا يزال مزدهرًا، مستقرًا، وحلت كائنات جديدة محل أولئك الذين ماتوا.

ويعترف سيجر بأن علماء الأحياء لم يتفاجأوا بالنتائج. تذكر أن الهيدروجين غاز خامل، وبالتالي فهو ليس سامًا. يوضح سيغر: "لم نملأ الفراغ بالسم". "ولكن عليك أن ترى لتصدق، أليس كذلك؟ إذا لم يقم أحد باختبار هذه المخلوقات، وخاصة حقيقيات النوى، في بيئة غنية بالهيدروجين، فيجب علينا اختبارها حتى نتمكن من تصديق النتائج". بالإضافة إلى ذلك، يوضح سيغر أن الغرض من التجربة لم يكن اختبار ما إذا كانت هذه المخلوقات يمكنها الاعتماد على الهيدروجين كمصدر للطاقة، ولكن إظهار أن الغلاف الجوي الذي يتكون من الهيدروجين بنسبة 100 بالمئة لا يضر أو ​​يقتل بعض أشكال الحياة.

تقول سيغر: "لا أعتقد أنه خطر على بال علماء الفلك احتمال وجود حياة في بيئة يمينية"، وتأمل أن يثير بحثها حوارا بين علماء الفلك وعلماء الأحياء، خاصة عندما يصل البحث عن كواكب بها حياة إلى مستوى مرتفع. هيأ.

عالم مني

بفضل الأدوات التي لدينا في هذا الوقت، لا يستطيع علماء الفلك إجراء فحص حقيقي للأغلفة الجوية للكواكب الأرضية الصغيرة. الكواكب القليلة القريبة التي درسها علماء الفلك إما تفتقر إلى الغلاف الجوي أو أنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها باستخدام التلسكوبات الموجودة. وبينما يتوقع العلماء أن الكواكب تمتلك أغلفة جوية غنية بالهيدروجين، لا يوجد تلسكوب يعمل اليوم لديه الدقة اللازمة لاكتشافها.

ومع ذلك، إذا كان الجيل القادم من راصدي النجوم قادرين بالفعل على تحديد مواقع مثل هذه العوالم الأرضية، حيث يتكون الغلاف الجوي بشكل أساسي من الهيدروجين، فإن نتائج بحث سيغر تشير إلى احتمال تطور الحياة فيها.

أما عن طبيعة الكوكب الأرضي الغني بالهيدروجين، فيقارنه سيغر بأعلى قمة على وجه الأرض، جبل إيفرست. متسلقو الجبال الذين يحاولون التأهل للقمة ينفد منهم الهواء، وذلك بسبب حقيقة أن كثافة الغلاف الجوي بأكمله تنخفض بشكل كبير مع ارتفاعك. وهذا ملحوظ بشكل خاص في جو النيتروجين والأكسجين مثل جونا. فإذا كان الرياضي يتسلق الجبال إلى قمة جبل إيفرست في جو يتكون بشكل أساسي من الهيدروجين - وهو غاز أخف من النيتروجين بـ 14 مرة - فيمكنه التسلق أعلى بـ 14 مرة قبل نفاد الهواء.

يوضح سيغر: "إن فهم الأمر معقد بعض الشيء، لكن هذا الغاز الخفيف يخلق غلافًا جويًا واسع النطاق، وكلما كان الغلاف الجوي أكبر مقارنة بالخلفية الشمسية للكوكب، كان من الأسهل على التلسكوب اكتشافه".

إذا أتيحت الفرصة للعلماء لأخذ عينات من هذا النوع من الكواكب الغنية بالهيدروجين، يفترض سيغر أن سطحه سيكون مختلفًا عن سطح الأرض، ولكنه ليس غريبًا تمامًا.

"نحن نفترض أنه إذا قمنا بالحفر في السطح، فمن المؤكد أنه سيكون هناك معادن غنية بالهيدروجين، وليس معادن غنية بالأكسجين، وكذلك المحيطات، لأننا نقدر أن السوائل من هذا النوع ضرورية لوجود أي نوع من الحياة يقول سيغر: "على ما يبدو، سنكون قادرين على رؤية السماء الزرقاء".

"صحيح أننا لم نفكر في النظام البيئي بأكمله، لكن مثل هذا العالم لن يكون بالضرورة مختلفًا تمامًا عن عالمنا."

• للمادة العلمية
• للحصول على معلومات على موقع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا