Жизнь может процветать и в водородной атмосфере

Это перспектива, которую такие астрономы, как Сара Сигер, надеются избежать. Сигер, профессор Планетарной науки, физики, аэронавтики и астронавтики в Массачусетском технологическом институте, создает более широкое понимание того, какие виды окружающей среды за пределами нашей собственной могут быть пригодными для жизни.

В статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, она и ее коллеги описывают наблюдения в лабораторных исследованиях, что микробы могут выживать и процветать в атмосферах, в которых преобладает водород - среда, которая сильно отличается от атмосферы Земли, богатой азотом и кислородом.

Водород гораздо более легкий газ, чем азот или кислород, и богатая водородом атмосфера будет простираться намного дальше от каменистой планеты. Поэтому её легче обнаружить и изучить с помощью мощных телескопов по сравнению с планетами с более компактной, как у Земли, атмосферой.

Результаты Сигер показывают, что простые формы жизни могут обитать на планетах с атмосферой, богатой водородом, поэтому, как только телескопы следующего поколения (например, космический телескоп Джеймса Уэбба) начнут работать, астрономы могут сначала искать признаки жизни на экзопланетах с доминирующим водородом.

«Существует множество обитаемых миров, и мы подтвердили, что земная жизнь может выжить в богатой водородом атмосфере», - говорит Сигер. «Мы определенно должны добавить такие виды планет в список, когда думаем о жизни в других мирах и пытаемся ее найти».

На ранней Земле, миллиарды лет назад, атмосфера выглядела совершенно иначе, чем воздух, которым мы дышим сегодня. Тогда она еще не содержала кислорода и состояла из коктейля газов, в том числе углекислого, метана и очень маленькой доли водорода. Газообразный водород задерживался в атмосфере на протяжении миллиардов лет, вплоть до Кислородной катастрофы и постепенного накопления кислорода.

Небольшое количество водорода, которое остается сегодня, потребляется некоторыми древними линиями микроорганизмов, включая метаногены - организмы, которые живут в экстремальных климатических условиях (глубоко подо льдом или в пустынной почве), и поглощают водород вместе с углекислым газом для производства метана.

Ученые регулярно изучают активность метаногенов, выращенных в лабораторных условиях с 80-процентным содержанием водорода. Но было проведено немного исследований, которые исследуют толерантность других микробов к богатой водородом окружающей среде.

«Мы хотели продемонстрировать, что жизнь выживает и может расти в атмосфере водорода», - говорит Сигер.

Команда изучала в лаборатории жизнеспособность двух типов микробов в среде со 100% водорода. Они выбрали бактерии Escherichia coli (кишечная палочка), прокариот, и дрожжи, более сложный эукариот, которые не изучались в средах с преобладанием водорода.

Они принадлежат к простым организмам, которые ученые давно изучили и охарактеризовали, что помогло исследователям разработать свой эксперимент и понять их результаты. Более того, E.coli и дрожжи могут выжить с кислородом и без него, что полезно для исследователей, поскольку они могут подготовить свои эксперименты с любыми организмами на открытом воздухе, прежде чем перенести их в богатую водородом среду.

В своих экспериментах они раздельно выращивали культуры дрожжей и кишечной палочки, а затем переносили культуры с микробами в отдельные флаконы, наполненные «коктейлем» или культурой, богатой питательными веществами, которой они могут питаться. Затем их переместили в бутылки с богатым кислородом воздухом и заполнили оставшееся место 100%-м водородом. Затем они поместили флаконы в инкубатор, где их осторожно и непрерывно встряхивали, чтобы способствовать смешиванию микробов и питательных веществ.

Каждый час ученые собирали образцы из каждой бутылки и считали живых микробов. Исследование длилось 80 часов. Их результаты представили классическую кривую роста: в начале испытания количество микробов быстро росло, питаясь питательными веществами и населяя культуру. Со временем количество микробов выровнялось. Население, все еще процветающее, было стабильным, поскольку новые микробы продолжали расти, заменяя тех, которые погибли.

Сигер признает, что биологи не находят результаты удивительными. В конце концов, водород - инертный газ, и поэтому сам по себе не токсичен для организмов.

Сигер поясняет, что эксперимент не был разработан, чтобы показать, могут ли микробы зависеть от водорода как источника энергии. Скорее, дело в том, чтобы продемонстрировать, что 100-процентная водородная атмосфера не будет вредить или убивать определенные формы жизни.

«Не думаю, что астрономам приходило в голову, что в водородной среде может быть жизнь», - говорит Сигер, надеясь, что исследование поспособствует общению между астрономами и биологами, особенно в том, что касается поиска обитаемых планет и внеземной жизни.

Астрономы не в состоянии изучить атмосферу небольших скалистых экзопланет с помощью инструментов, доступных сегодня. Немногочисленные близлежащие скалистые планеты, которые они исследовали, либо лишены атмосферы, либо слишком малы, чтобы их можно было обнаружить с помощью имеющихся сейчас телескопов. И хотя ученые выдвинули гипотезу о том, что планеты должны содержать богатые водородом атмосферы, ни у одного работающего телескопа не хватает возможностей обнаружить их.

Но если обсерватории следующего поколения выберут для наблюдения доминирующих водородом скалистых экзопланет, результаты Сигер показывают, что есть шанс на развивающуюся там жизнь.