Il segnale inconfondibile della vita biologica

Anche tre miliardi di anni fa, gli alieni potrebbero essere stati in grado di dedurre la presenza di vita sul nostro pianeta

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E se una civiltà aliena fosse di un miliardo o più di anni più vecchia della nostra e rilevasse la Terra all’inizio della sua storia? “Per miliardi di anni di storia della Terra, un astronomo alieno potrebbe anche essere stato sufficientemente fuorviato da concludere che la Terra era sterile, nonostante il fatto che la vita fosse fiorente nel nostro oceano in quel momento“, afferma Stephanie Olson, un’astrobiologa dell’Università di California, Riverside, con l’Astrobiology Institite della NASA.

In un articolo del 2018 su Science Advances, Olson e i suoi colleghi hanno simulato come l’atmosfera terrestre è cambiata nel tempo.

Anche tre miliardi di anni fa, gli alieni potrebbero essere stati in grado di dedurre la presenza di vita sul nostro pianeta individuando le firme di metano e anidride carbonica nell’atmosfera primitiva. Ma la nostra atmosfera moderna, un vero e proprio faro per chi stesse cercando la presenza della vita, si è formata solo circa 500 milioni di anni fa.

La frase simile alla Terra non si riferisce a un pianeta che assomigli necessariamente alla Terra moderna“, spiega Olson.

In realtà è un termine molto ampio che comprende un’ampia varietà di mondi. Include mondi nebulosi come l’Archeano; include mondi ghiacciati come gli intervalli della “Terra palla di neve”; include mondi anossici con ecosistemi esclusivamente microbici; include mondi con vita complessa e intelligente; e include mondi che non abbiamo ancora visto”.



La Terra primitiva attraverso un telescopio alieno

“La Terra primitiva fornirebbe indizi convincenti per l’esistenza della vita”, dice Joshua Krissansen-Totton dell’Università di Washington.

La presenza della vita sulla Terra è stata abbastanza ovvia negli ultimi 4 miliardi di anni per chiunque fosse in grado di costruire un grande telescopio“, afferma. “Se ci fossero malintenzionati là fuori, avrebbero potuto sterilizzare la Terra molto tempo fa. Penso che possiamo tranquillamente invitarli a visitarci e scambiare appunti sul cosmo”.

Indizi da atmosfere rilevabili

Studiando i contenuti atmosferici della Terra antica e attuale, gli scienziati affermano di aver scoperto specifiche combinazioni chimiche che potrebbero rivelare la presenza di attività biologica su altri pianeti.

Queste biofirme, descritte sulla rivista Science Advances, potrebbero offrire uno strumento chiave nella ricerca della vita extraterrestre.

C’è un percorso diretto dalle conclusioni del nostro lavoro alla possibile scoperta, che sarebbe storica, della vita altrove“, ha affermato l’autore senior David Catling, planetologo e astrobiologo presso l’Università di Washington.

Negli ultimi anni sono stati scoperti migliaia di pianeti oltre il nostro sistema solare, alcuni dei quali sembrano essere pianeti rocciosi delle dimensioni della Terra alla giusta distanza dalla loro stella per contenere acqua liquida. Studiare quelli con atmosfere rilevabili potrebbe fornire indizi cruciali sul fatto che ospitino la vita.

Man mano che nuovi potenti telescopi iniziano a essere online, i ricercatori stanno cercando di capire esattamente quali sostanze chimiche atmosferiche dovrebbero cercare. Dopotutto, solo perché un pianeta sembra avere gli ingredienti giusti per la vita non significa che in realtà ci sia qualcosa che ci vive.

Molecole rivelatrici

Gli scienziati si sono concentrati su alcune molecole potenzialmente rivelatrici, come il metano. Il metano è prodotto in grandi quantità dai microbi sulla Terra (compresi quelli nelle pance dei bovini). Ma il metano può essere prodotto anche da fonti non biologiche, come i vulcani.

L’ossigeno molecolare (due atomi di ossigeno legati insieme) è prodotto oggi in quantità massicce dalla fotosintesi di alghe, piante e microbi. Ma il meccanismo fotosintetico è così complicato che gli scienziati pensano che si sia evoluto solo sul nostro pianeta. Ciò significa che non c’è alcuna garanzia di trovare la fotosintesi che produce ossigeno su altri mondi, anche se vi esistesse la vita esiste.

L’atmosfera terrestre nelle tre fasi della sua esistenza

Pertanto, fare affidamento su qualsiasi singola sostanza chimica potrebbe produrre falsi positivi o falsi negativi, ha affermato il coautore dello studio Olson. Ma gli esseri viventi alterano i loro ambienti in modi complessi. E se ci fosse una particolare miscela di molecole che non esisterebbe senza la vita?

Per scoprirlo, lo studente laureato Joshua Krissansen-Totton ha condotto uno studio che ha esaminato l’atmosfera terrestre in tre fasi della sua esistenza: l’Archeano (da 4 miliardi a 2,5 miliardi di anni fa), il Proterozoico (da 2,5 miliardi a 541 milioni di anni fa) e il Fanerozoico (541 milioni di anni fa ad oggi).

Durante ciascuno di questi periodi di tempo, la vita (e il pianeta stesso) sembravano molto diversi. Metti un’istantanea di ogni periodo terrestre fianco a fianco e sembrerebbero pianeti completamente diversi. Questo è utile per gli scienziati che hanno bisogno di diversi modelli per come potrebbe essere la vita su altri mondi.

Nonostante le loro differenze, ciascuno di questi periodi della storia della Terra condivide almeno una caratteristica: gli squilibri chimici nella loro atmosfera. Questo perché l’attività biologica produce sostanze che altrimenti non avrebbero alcuna attività di coesistenza.

Prendiamo metano e ossigeno: messi insieme, questi gas reagiscono rapidamente e si distruggono a vicenda. Ma ne abbiamo in abbondanza sulla Terra, perché gli esseri viventi continuano a crearli.

Equilibrio mortale

Se trovi un sistema in equilibrio, hai trovato qualcosa che è morto. O qualcosa che non è vivo”, ha detto Catling. “È quando vediamo qualcosa di insolito che possiamo pensare che possa essere un segno di vita“.

La gente ha parlato di questa idea fin dagli anni ’60, ha detto Catling, ma fino ad ora non l’aveva davvero quantificata. Per questo studio, gli scienziati hanno eseguito simulazioni utilizzando i contenuti chimici noti di ciascuna atmosfera per vedere se esisteva uno squilibrio chimico rivelatore.

L’equazione dell’Archeano

I ricercatori hanno scoperto che durante l’Archeano, quando c’era poco ossigeno, la coesistenza di metano, azoto e anidride carbonica nell’atmosfera (insieme all’acqua liquida) sarebbe stato un segno che gli esseri viventi erano al lavoro.

Grandi flussi di ciascuno di questi gas in assenza di biologia sono davvero difficili da spiegare“, ha detto Olson della coesistenza di anidride carbonica e metano.

L’equazione del proterozoico

A metà del Proterozoico, quando i batteri produttori di ossigeno erano aumentati, il segno distintivo della vita sarebbe stato una combinazione di ossigeno, azoto e acqua liquida. Anche se i livelli di ossigeno atmosferico fossero troppo bassi per essere rilevabili, gli scienziati potrebbero invece cercare l’ozono, ha detto Olson.

Questo perché l’ozono (composto da tre atomi di ossigeno) è costituito da reazioni che coinvolgono l’ossigeno prodotto biologicamente e produce un segnale molto forte che potrebbe essere rilevabile anche a bassi livelli.

Nel Fanerozoico, che include i giorni nostri, le biofirme sono ossigeno con azoto e acqua (I livelli di ossigeno durante il Fanerozoico sono diventati molto più alti e molto più facili da rilevare rispetto al medio Proterozoico).

Alcuni dei cocktail chimici, come la combinazione di metano e anidride carbonica, potrebbero essere rilevabili dai futuri telescopi come il James Webb Space Telescope della NASA, il cui lancio è previsto per novembre 2021.

Sta davvero dando alle persone un percorso in avanti su cosa concentrarsi nelle loro osservazioni“, ha detto Nikole Lewis, uno scienziato del progetto per il James Webb che ha sede presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora.

James Webb sarà uno strumento cruciale per esaminare un’ampia gamma di pianeti e potrà analizzare un’ampia varietà di biofirme e una gamma enorme di modelli planetari.

Avremo un campione abbastanza grande da studiare e, si spera, ci saranno alcuni pianeti che si dimostreranno promettenti“, ha detto Lewis.

In ogni caso, fino a quando James Webb e altri telescopi in grado di trovare questi contenuti atmosferici non saranno online, la caccia a possibili biofirme continuerà con i mezzi disponibili.

Al momento non siamo ancora preparati a riconoscere la vita sulla piena diversità degli esopianeti simili alla Terra, e possiamo solo immaginare come potrebbe apparire la vita su un pianeta che non è simile alla Terra“, ha detto Olson.

Si tratta ovviamente di un’area di ricerca enorme e non credo che l’abbiamo ancora capito. Ma lo squilibrio è potenzialmente un percorso particolarmente potente“.

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