Fosforowodór na Wenus, czyli… fosforowodór na Wenus (Część II)

Problem z biomarkerami

Biomarkery są przydatnym wskaźnikiem, czy gdzieś może występować życie, mogą jednak służyć tylko jako wstępne rozeznanie. Tak naprawdę nigdy nie będziemy wiedzieć, czy wykryte w atmosferze innych globów związki nie wynikają z nieznanych nam procesów abiologicznych, występujących w odmienności geologiczno-chemicznej danej planety. W przypadku Wenus badacze sami przyznają, że do pełnego wykluczenia abiotycznego pochodzenia PH3 brakuje informacji. Na przykład fotochemia kropel chmur wenusjańskich jest prawie całkowicie nieznana, w związku z tym należy wziąć pod uwagę możliwe fotochemiczne źródło PH3 w fazie kropelkowej. Co prawda PH3 utlenia się kwasem siarkowym, który zawiera się w chmurach wenusjańskich, więc i tak nie powinno go tam być, jednak wyraźnie widać, że do rozwiązania zagadki jest jeszcze daleka droga.

Jednym ze znaczących biomarkerów jest metan. Kwestia metanu jest właśnie tą, która ostudziła nieco nasze przywiązanie do biomarkerów. Metan wykrywa się bowiem w różnych miejscach Układu Słonecznego i ze względu na to, że może mieć różne ścieżki pochodzenia, zaczęto do niego podchodzić sceptycznie. Jakiś czas temu wykrycie metanu na Marsie, gdzie nie powinno go być, uznawano za oznakę, że może pod powierzchnią gruntu nadal istnieje życie, jednak i tutaj źródło zostało ostatecznie wskazane jako niebiologicznego pochodzenia. Z drugiej strony dosłownie teraz ukazała się praca sugerująca, że jeśli na globie występuje nierównowagowe połączenie metanu i dwutlenku węgla w atmosferze, powinno to być traktowane jako ważny wskaźnik biogsynaturowy, zwłaszcza gdy wykrywana jest jednocześnie niewielka ilość tlenku węgla (CO). Procesy geologiczne bowiem dostarczające duże ilości metanu do atmosfery wytwarzają także duże ilości CO. Efektem więc wulkanizmu byłaby zawartość obu tych związków. Jeśli nie ma CO, może to sugerować, że jest on pochłaniany przez procesy biologiczne. Jednak obecnie trudno już jest o to, aby ktoś potraktował istnienie metanu jako silny wskaźnik procesów biologicznych na planecie, ponieważ przez lata nowych odkryć wzrósł sceptycyzm.

Analogiczną metodą jak wyszukiwanie biomarkerów jest poszukiwanie techno-sygnatur, które mają być dla nas wskazówką, że na jakiejś egzoplanecie możemy mieć do czynienia z istnieniem cywilizacji. Techno-sygnatury wskazują sytuacje niedające się wyjaśnić inaczej jak aktywnością technologiczną. Z techno-sygnaturami jest jednak ten problem, że możemy ich poszukiwać jedynie poza Układem Słonecznym, bowiem w naszym słonecznym gnieździe istnienie innej cywilizacji jest wykluczone. Takie odległości nie będą dawały nam możliwości weryfikacji… właściwie nigdy. Biomarkery natomiast odkrywamy w przestrzeni przynajmniej teoretycznie poddającej się naszej bezpośredniej eksploracji. Są zatem słabszą niż techno-sygnatura wskazówką na występowanie życia, ale w przypadku poważniejszych podejrzeń jesteśmy w stanie opracować sondę, która w przeciągu jakiegoś (dłuższego) czasu i (większego) kosztu będzie w stanie dostarczyć nam dowód.

Biomarkery jednak nigdy same w sobie nie będą miały charakteru dowodu.

I problem z Wenus

O tym, że planeta czerpiąca swą nazwę od mitologicznej bogini miłości jest piekłem, nie trzeba mówić żadnemu pasjonatowi astronomii. Podobnych rozmiarów co Ziemia, położona najbliżej nas i na granicy tak zwanej gwiezdnej ekosfery, nie ma nic wspólnego z przyjaciółką życia. Temperatura jej powierzchni zbliża się do 500 st. C, ciśnienie jest 92 razy większe niż na naszej planecie, co oznacza, że wynosi tyle, ile u nas na głębokości 900 metrów oceanu. Atmosfera jest bardzo gęsta i trująca, zawierająca głównie CO2 oraz wielokilometrową pokrywę chmur złożonych z dwutlenku siarki i kwasu siarkowego. W efekcie tego tamtejszy deszcz to stężony kwas (funkcjonuje on jednak jako efekt virga – nie dociera do powierzchni planety).

To są oczywiście warunki uniemożliwiające istnienie życia na powierzchni, temperatury tego pokroju uniemożliwiają bowiem istnienie chemii organicznej. Bardzo utrudniają one również bezpośrednie badania tej planety, ponieważ lądowniki muszą spełniać szczególne wymogi wytrzymałościowe.

Temperatura na Wenus zmienia się jednak bardzo mocno wraz z wysokością. Na wysokości, w której odkryto fosforowodór, panują temperatury przystępne dla życia, w przedziale 20-60 st. C. Sytuacja ta od dawna budzi nadzieje optymistów, jednak temperatura jest niestety tylko jednym kryterium, jakie musi być spełnione dla podtrzymania życia. A tymczasem suchość tego środowiska jest niewyobrażalna. Woda, która dawniej znajdowała się na Wenus, wyparowała pod wpływem zmian klimatu i pod wpływem promieniowania słonecznego uległa rozbiciu na tlen i wodór. Wodór z kolei został wywiany przez wiatr słoneczny w kosmos, zaś tlen uległ reakcjom ze skałami. W efekcie chmury na Wenus są 50 razy bardziej suche niż najsuchsze miejsce na Ziemi. Życie natomiast musi dysponować jakimś ośrodkiem wilgotnym, aby mogło istnieć. Tym, co spełnia na Wenus rolę takiego ośrodka, są kropelki kwasu siarkowego. Jako że prawie nie ma tam cząsteczek wody, zawartość kwasu w atmosferze sięga 90%. I tu jest pytanie – czy cokolwiek żywego może znieść warunki, które są miliardy razy bardziej kwasowe od tego, z jakim radzą sobie najwytrwalsze ziemskie ekstremofile?

Mimo wszystko nie wyklucza to życia. Dla życia ziemskiego jest to niemożliwe, ale metabolizm może zostać zbudowany na kwasie. Jest to wtedy oczywiście życie zupełnie inne od tego, które znamy. Nie każde życie musi jednak być zbudowane tak, jak działa to na Ziemi. Prawdopodobnie każde musi być zbudowane na takiej chemii jak u nas, jeśli miałoby dochodzić do ewolucji większych złożonych organizmów (dlaczego tak jest będę pisał innym razem), ale nie gdy mówimy o życiu mikroorganizmów.

Życie zbudowane na kwasie teoretycznie jest możliwe do wyewoluowania, jednak może mieć tylko formę ekstremofilną. Oznacza to, że nie wyrośnie z niego nic większego od mikroorganizmów. Niestety pojawia się poważny problem z wyjaśnieniem, jak mogłoby na Wenus dojść do sytuacji, w której dzisiaj w chmurach tej planety miałyby żyć organizmy mające tak egzotyczne właściwości. Środowisko to nie może bowiem być miejscem ich powstania. Tutaj pojawiają się ciekawe scenariusze związane z historią Wenus, które możemy też odnieść do problemów ewolucji życia na naszej własnej planecie. I także niestety… notorycznie wypowiadana przez naukowców sprzeczność złożeń.

Dwie Wenus

We wszystkich newsach zostało już podane, że klimat na Wenus był dawniej zupełnie inny. Pierwszych odkryć pokazujących, że na Wenus znajdowała się ciekła woda, dostarczyła już w roku 1978 sonda Pioneer Venus. W 2016 roku ukazała się praca, w której przeprowadzono modelowanie różnych wariantów historii klimatu na tej planecie. Wszystkie symulacje wskazały, że od momentu, gdy krótko po powstaniu planeta uległa schłodzeniu i atmosferyczny CO2 został związany w skałach, temperatury na powierzchni Wenus mieściły się w zakresie 20-50 st. C i klimat taki mógł się utrzymywać przez 3 miliardy lat. W ewolucji podobnej do ziemskiej około 715 mln lat temu atmosfera zostałaby zdominowana przez azot, czyli byłaby podobna do naszej (pamiętajmy, że ziemska atmosfera jest w rzeczywistości azotowa, a nie tlenowa, tlen jest tylko znaczącą składową pochodzenia biologicznego). Prawdopodobnie byłoby tak do dzisiaj, tyle że właśnie w tamtym czasie, 750-700 mln lat temu, na planecie nastąpił kataklizm. Uwięziony w podpowierzchniowych pokładach CO2 został uwolniony za sprawą gigantycznego wulkanizmu i prawdopodobnie przez zastygnięcie magmy nie mógł zostać związany ponownie. Ilość CO2 w atmosferze przekroczyła punkt krytyczny, prowadząc klimat ścieżką ocieplenia, z której nie było już odwrotu, rozpalając planetę do piekielnych temperatur. To jest największa znana nam katastrofa klimatyczna w dziejach Układu Słonecznego, na swój sposób przerażająca, doprowadziła bowiem planetę o bardzo przyjaznych warunkach do trwałego stanu gładzącego wszelkie życie.

Wszystko to oznacza jednak, że na Wenus życie mogło wcześniej istnieć. Warto jednak zaznaczyć, że zazwyczaj w takich przypadkach szybko stajemy się optymistami, bowiem operujemy w paradygmacie (moim osobistym zdaniem niesłusznym), że jeśli występują warunki dogodne do narodzin życia, to ono wtedy powstaje. Jak na razie jednak kolejne badania Marsa i niektórych innych globów raczej każą studzić emocje (zob. „Życie na Marsie – trzy opcje obosieczne”), a wg mnie wiele wskazuje na to, że powstanie życia i jego podtrzymanie mogą być jednak na tyle skomplikowanym procesem, że nawet przy dogodnych warunkach zachodzą rzadko.

Historia Ziemi pokazuje także, że życie ma bardzo poważne problemy w zainicjowaniu większej ewolucji. Na Ziemi powstało ono co najmniej 3,8 mld lat temu (możliwe że nawet 4,2 mld lat), jednak większe organizmy wielokomórkowe rozpoczęły swój żywot dopiero ok. 610 mln lat temu (fauna ediakarańska), możliwe że w szczególnym splocie dogodnych okoliczności. Czy zatem na Wenus mogły istnieć też większe organizmy, analogiczne do roślin i zwierząt, które katastrofa zmiotła z powierzchni? Miały wszak na powstanie dużo czasu. Teoretycznie mogły, ale w rzeczywistości szansa jest na to bardzo niewielka. Mamy oczywiście za mało danych, aby móc zasadnie na ten temat spekulować, znamy tylko ziemski scenariusz ewolucji, jednak wszystko wskazuje na to, że taki rozwój potrzebuje długiego czasu i szczególnych okoliczności, ponieważ życie nie jest skłonne ewoluować w rzeczy bardziej skomplikowane. Na Wenus musiałoby się to potoczyć znacznie szybciej niż na Ziemi, bowiem wtedy, kiedy doszło na niej do kataklizmu, u nas jeszcze nie zainicjowała się taka ewolucja, mimo że już od półtora miliarda lat mieliśmy wysoką zawartość tlenu.

Układ Słoneczny miał trzy planety, które dały dobre warunki dla życia. Dziś nie potrafimy odpowiedzieć na pytanie, czy powstało ono na wszystkich, na dwóch, czy tylko na naszej. Zarówno Mars jak i Wenus utraciły szansę na ciekawszą ewolucję. I tak jak pisałem w podlinkowanym artykule, scenariusz, w którym na Marsie życie powstało, ale zginęło, wychodzi na przekór również powszechnie przyjętemu poglądowi, że życie, gdy powstanie, jest niemal niezniszczalne. Dr Petkowski powiedział na temat odkrycia z Wenus: „A życie nie umiera z powodu byle kataklizmu. Jest niesamowicie trudno je kompletnie wysterylizować i zniszczyć, jeżeli już istnieje. Można zatem spekulować, że gdy na powierzchni planety stało się za gorąco i za duszno, uciekło w chmury”. Jednak jest coraz bardziej wątpliwe, aby na Marsie życie istniało dzisiaj, sugeruje się raczej możliwość jego istnienia dawniej, co powinno być dla nas wskazówką, że paradygmat ekstremalnej trwałości życia może być błędny i że również na Wenus, jeśli życie istniało, miałoby raczej trudności w dostosowaniu się do takiego kataklizmu. Tym bardziej że mówimy o katastrofie i zmianach niedających się porównać z niczym co wydarzyło się na Marsie czy kiedykolwiek na Ziemi. Przypadek Marsa daje nam (najpewniej, przy założeniu że dziś nie ma na nim życia) dwie smutne opcje – 1) albo życie w warunkach, w których mogłoby zaistnieć, nie powstaje wcale, albo 2) powstaje i ginie, gdy zmiany klimatyczne pójdą za daleko. A to czyniłoby powstanie lub trwałość życia na Ziemi ewenementem, a nie normą.

Wenus zatem rzeczywiście miała warunki teoretycznie dogodne do zainicjowania życia. Jeśli jednak miałoby ono przetrwać obecnie w środowisku chmur ze stężonym kwasem, to pojawiają się tutaj poważne problemy w obronie tej tezy. Jedna rzecz bowiem mediom i niektórym naukowcom umknęła.

Czytaj dalej Część III

Tutaj Część I

Bibliografię znajdziesz na końcu Części III

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s