Астрономы предложили использовать изопрен в качестве биомаркера

Модель молекулы изопрена.

Zhuchang Zhan et al. / arXiv:2103.14228v1

Астрономы предложили расширить список потенциальных биомаркеров и внести в него газ изопрен. Это соединение на Земле продуцируют многие типы организмов, и оно может существовать в бедных кислородом атмосферах суперземель, где его будут генерировать бактерии. Статья опубликована в журнале Astrobiology.

За последнюю пару десятилетий были подтверждены открытия почти пяти тысяч экзопланет, многие из них, как считают ученые, обладают твердой поверхностью и попадают в зону обитаемости — то есть температурный режим на них допускает существование жидкой воды. Поэтому астрономы нуждаются в наборе признаков, которые, с одной стороны, могут указывать на присутствие живых организмов, с другой — будут доступны для существующих и перспективных средств наблюдения. Лучше всего на эту роль подходят особенности состава атмосферы. Ожидается, что будущий космический телескоп «Джеймс Уэбб» и новые наземные телескопы, такие как GMT (Giant Magellan Telescope), ELT (Extremely Large Telescope) и TMT (Thirty Meter Telescope), смогут проводить исследования атмосфер скалистых экзопланет, обращающихся вокруг близких к Солнцу красных карликов.

Химические элементы и соединения, которые могут быть связаны с жизнедеятельностью внеземных организмов, называются биосигнатурами (или биомаркерами). К ним относятся кислород, водяной пар, углекислый газ, метан, озон, закись азота, диметилсульфид, диметилдисульфид, хлорметан, а также фосфин, обнаружение которого в атмосфере Венеры недавно взбудоражило научное сообщество. В качестве косвенных биосигнатур могут рассматриваться соединения, связанные с вулканизмом на планетах, такие как сероводород, диоксид серы, угарный газ и молекулярный водород.

Группа астрономов во главе с Чжучаном Чжаном (Zhuchang Zhan) из Массачусетского технологического института предложила расширить список потенциальных биомаркеров, внеся в него изопрен (C5H8). В обычных условиях он представляет собой бесцветную летучую жидкость и на Земле создается разнообразными организмами, включая водоросли, животных, бактерии, грибы, растения и протисты, причем за производство 90 процентов изопрена в мире отвечают именно растения, в основном, тропические. В год на Земле образуется 400-600 мегатонн изопрена, что сравнимо с производством метана. В атмосфере нашей планеты изопрен существует менее трех часов и рассматривается как прародитель органических аэрозолей, так как быстро разрушается, например в результате реакций с кислородосодержащими соединениями, такими как озон и радикалы O· и ·OH.

Так как для биосинтеза изопрена не требуется молекулярный кислород, этот газ в принципе может создаваться анаэробными организмами (в частности бактериями) в бедной кислородом атмосфере экзопланеты, считают ученые. В этом случае он будет способен накапливаться в ней, и время жизни молекул изопрена увеличится. В частности, в течение первых 2,4 миллиарда лет жизни нашей планеты в ее атмосфере не было кислорода, и изопрен мог накапливаться в ней до доступных для обнаружения уровней. Обнаружить изопрен можно по ряду особенностей в спектрах, проявляющихся в инфракрасном диапазоне.

Исследователи определили, что будущему космическому телескопу «Джеймс Уэбб» будет по силам отыскать изопрен в богатой молекулярным водородом атмосфере экзопланеты, размером с суперземлю или больше, во время ее прохождения по диску своего красного карлика. При этом необходимо, чтобы изопрен создавался в атмосфере экзопланеты в 10–100 раз активнее, чем на Земле, чтобы данные были достоверными. Еще одна сложность заключается в возможности спутать некоторые спектральные характеристики изопрена с характеристиками метана и некоторых других углеводородов. Тем не менее, по мнению ученых, изопрен стоит добавить в список потенциальных биосигнатурных газов.

О том, откуда берутся биомаркеры и как астрономы их ищут и анализируют, можно узнать из материала «Кто наследил?».

Александр Войтюк

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.