Экзопланеты, где жизнь может развиваться так же, как и на Земле

Ученые определили группу планет за пределами нашей Солнечной системы, где существуют те же химические условия, которые, возможно, привели к жизни на Земле.

Исследователи из Кембриджского университета и лаборатории молекулярной биологии медицинских исследований (MRC LMB) обнаружили, что шансы на развитие жизни на поверхности скалистой планеты, такой как Земля, связаны с типом и силой света, испускаемого ее родной звездой.

Их исследование, опубликованное в журнале Science Advances, предполагает, что звезды, испускающие достаточное количество ультрафиолетового (УФ) света, могут начать жизнь на своих планетах так же, как она, вероятно, развивалась на Земле, где ультрафиолетовый свет приводит в действие ряд химических реакций, которые производят строительные блоки жизни.

Исследователи определили ряд планет, где ультрафиолетового света от звезды-хозяина достаточно, чтобы позволить этим химическим реакциям иметь место, и которые лежат в пределах обитаемого диапазона, где жидкая вода может существовать на поверхности планеты.

«Эта работа позволяет нам сузить лучшие места для поиска жизни», — сказал Пол Риммер, первый автор статьи. «Это лишь немного приближает нас к решению вопроса о том, одиноки ли мы во Вселенной.»

Новый документ основан на работе профессора Джона Сазерленда, соавтора текущей работы, который изучает химическое происхождение жизни на Земле.

В документе, опубликованном в 2015 году, группа профессора Сазерленда в MRC LMB предложила, что цианид, хотя он и смертельный яд, на самом деле является ключевым ингредиентом в изначальном «супе», из которого возникла вся жизнь на Земле.

В этой гипотезе углерод из метеоритов, врезавшихся в молодую Землю, взаимодействовал с азотом в атмосфере, образуя цианид водорода. Цианид водорода попадал на поверхность, где взаимодействовал с другими элементами различными способами, «питаясь» от ультрафиолетового света Солнца.

Химические соединения, произведенные от этих взаимодействий произвели строительные блоки рибонуклеиновой кислоты, близкого родственника РНА, которое большинство биологи считают первой молекулой жизни.

В лаборатории, группа Сазерленда воссоздала эти химические реакции под ультрафиолетовыми лампами, и произвела прекурсоры к липидам, аминокислотам и нуклеотидам, которые являются необходимыми компонентами живых клеток.

Ученые провели серию лабораторных экспериментов, чтобы измерить, как быстро строительные блоки жизни могут быть сформированы из цианида водорода и ионов сероводорода в воде при воздействии ультрафиолетового света. Затем они провели тот же эксперимент при отсутствии света.

Тот же самый эксперимент, проведенный в темноте с цианидом водорода и сероводородом, привел к образованию инертного соединения, которое не могло быть использовано для формирования строительных блоков жизни, в то время как эксперимент, проведенный под светом, привел к необходимым строительным блокам.

Затем исследователи сравнили «химию света» с «темной химией» и сопоставили с ультрафиолетовым светом разных звезд. Они построили график количества ультрафиолетового света, доступного планетам на орбите вокруг этих звезд, чтобы определить, где химия может быть активирована.

Они обнаружили, что звезды при той же температуре, что и наше Солнце, излучают достаточно света, чтобы строительные блоки жизни сформировались на поверхности их планет. Прохладные звезды, с другой стороны, не производят достаточно света для этих строительных блоков, которые будут сформированы, за исключением того, если они имеют частые мощные солнечные вспышки. Планеты, которые получают достаточно света, чтобы активировать химию, и могут иметь жидкую воду на своей поверхности, находятся в том состоянии, что исследователи назвали зоной абиогенеза.

Среди известных экзопланет, которые находятся в зоне абиогенеза, есть несколько планет, обнаруженных телескопом Кеплера, в том числе Kepler 452b, планета, которую прозвали «двоюродным братом» Земли, хотя она слишком далеко, чтобы ее можно было исследовать с помощью современных технологий. Ученые надеются, что телескопы следующего поколения, такие как телескопы НАСА TESS и Джеймс Уэбб, смогут идентифицировать и потенциально охарактеризовать многие другие планеты, которые находятся в зоне абиогенеза.

Больше информации: P.B. Rimmer el al., «The origin of RNA precursors on exoplanets,» Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aar3302 , http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaar3302