Метали — основа життя: новий підхід до пошуку позаземного життя

Життя у Всесвіті складне — не лише філософськи, а й з точки зору хімії. Але одне залишається незмінним: для існування життя потрібна енергія. І для отримання цієї енергії організмам необхідні певні хімічні елементи. У новій науковій статті на arXiv дослідники Джованні Ковоне та Донато Джованнеллі з Неаполітанського університету пропонують використовувати цей факт як інструмент у пошуку екзопланет, придатних для життя. Їхній головний аргумент простий: якщо на планеті не вистачає «будівельних блоків» життя — зокрема ключових металів — то шанси на наявність життя там мінімальні. ¹

Більшість живих організмів отримують енергію з хімічних процесів, зокрема — з окисно-відновних реакцій. Це такі реакції, у яких відбувається передача електронів — і саме в цьому процесі виділяється енергія, яку організми можуть використовувати.

Ці реакції в живих системах каталізуються спеціальними білками — оксидоредуктазами. А ось тут і вступають у гру метали: кожен з цих білків у своїй структурі має щонайменше один метал. Наприклад, нікель і залізо беруть участь у реакціях, де електрони передаються від водню, а мідь — у реакціях з киснем.

Варто зауважити: мова йде про метали у хімічному сенсі (як-от Fe, Ni, Cu), а не в астрономічному — де всі елементи важчі за гелій умовно називають «металами».

Геологія Землі й біометали

Історія життя на Землі підтверджує важливість металів. Їхня доступність змінювалась унаслідок геологічних подій — від тектоніки плит і вулканізму до знаменитого Великого окиснення 2,3 млрд років тому, коли ціанобактерії почали виробляти кисень. Цей процес призвів до масового вимирання, але водночас відкрив шлях до розвитку аеробного дихання — і, зрештою, до появи тварин.

Отже, якщо наявність певних металів на планеті може визначати, чи з’явиться й розвиватиметься життя, то чому б не шукати ці елементи під час сканування інших зоряних систем?

Традиційно в астробіології екзопланети оцінюють за трьома критеріями:

Наявність джерела вільної енергії
Рідка вода
Наявність елементів CHNOPS (вуглець, водень, азот, кисень, фосфор і сірка)

Однак, як стверджують автори статті, ці елементи поширені у Всесвіті, а от біометали — набагато рідше. Їхня пропозиція: додати до переліку критеріїв пошуку ще один — наявність критичних для життя металів, як-от залізо, мідь, цинк, молібден.

Це дозволить ефективніше розподіляти ресурси обсерваторій, яких обмаль, зосередившись на системах з найбільшою ймовірністю виявлення життя.

Технічна реалізація: чи можливо це?

Завдяки майбутнім місіям, таким як PLATO (місія ЄКА, запуск якої очікується у 2026 році), спектроскопічні дані про склад екзопланет уже будуть доступні. Вони включатимуть інформацію не лише про CHNOPS, а й потенційно про метали. Дослідники вважають, що додати до цього списку ще одну категорію — вміст біометалів — буде технічно нескладно.

Але тут усе не так однозначно. Наприклад, інші дослідження свідчать, що зірки з високим вмістом металів зазвичай випромінюють менше ультрафіолету, що може знижувати утворення озонового шару — критичного для захисту життя на поверхні планет.

Хоча ідея відбору екзопланет за вмістом біометалів — не революційна, вона додає важливу складову до нашого розуміння умов, потрібних для життя. У міру вдосконалення інструментів пошуку ми зможемо не лише шукати де завгодно, а шукати там, де ймовірність життя найбільша.

Наука просувається шляхом уточнень і перегляду критеріїв. І кожен новий аргумент — на кшталт запропонованого Ковоне та Джованнеллі — допомагає нам краще зорієнтуватися у Всесвіті, де життя, можливо, не таке вже й унікальне.