Могут ли океанические миры поддерживать жизнь?
Существует гипотетический тип экзопланет без суши — «Гайкеаны» (Hycean, от слов hydrogen — водород и ocean — океан). Это миры, полностью или почти полностью покрытые океаном и обладающие плотной водородной атмосферой.
Они интересны, потому что их атмосфера сохраняет тепло, достаточное для существования жидкой воды за пределами традиционных обитаемых зон. Учёные считают их перспективными кандидатами для поиска микробной жизни.
Хотя Гайкеаны остаются гипотетическими, есть данные в пользу их существования:
- Миссия Kepler обнаружила множество кандидатов.
- Космический телескоп JWST обнаружил углекислый газ и метан в атмосфере кандидата в Гайкеаны — планеты K2-18b. Оба соединения могут быть биосигнатурами микробной жизни в условиях, подобных земным океанам.
Новое исследование в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society («Перспективы биологической эволюции на мирах-Гайкеанах») под руководством Эмили Митчелл и Никку Мадхусудана из Кембриджского университета изучает, как жизнь может зависеть от термодинамических условий этих планет.
Ключевые выводы исследования:
- Учёные применили метаболическую теорию экологии (MTE), согласно которой температура сильно влияет на метаболические и эволюционные скорости организмов.
- Исследование показало, что даже небольшие изменения температуры
океана по сравнению с Землёй значительно меняют время появления и
скорость эволюции простой жизни.
- Повышение на 10 K ускоряет эволюционные скорости более чем в два раза.
- Понижение на 10 K замедляет их вдвое.
- Тёплые океаны могут ускорить эволюцию, позволив ключевым группам архей и бактерий появиться уже через ~1.3 млрд лет после возникновения жизни. Это указывает на более быстрое движение к сложной жизни.
- Более холодные температуры, напротив, задерживают появление ключевых форм жизни на миллиарды лет, что может ограничить биосферу только бактериями и археями даже через 4 млрд лет.
Связь с биосигнатурами:
- Исследователи сосредоточились на фитопланктоне (например, цианобактериях, диатомовых водорослях), который производит биосигнатурные газы в атмосфере Земли.
- Особое внимание уделялось бактериям Aquificota — аналогу одной из первых форм жизни на Земле.
- Ключевой биомаркер — диметилсульфид, связанный с фитопланктоном. Его уникальный спектральный сигнал может обнаружить JWST в атмосферах экзопланет.
- Вывод: более тёплые планеты имеют потенциал для развития сложной биосферы в относительно молодом возрасте и, следовательно, для проявления сильных атмосферных биосигнатур.
Ограничения и неопределённости:
- Исследование рассматривало узкий диапазон условий на основе Земли. Реальные обитаемые планеты могут демонстрировать гораздо большее разнообразие.
- Существование миров-Гайкеанов не доказано. Есть сомнения в стабильности их водородных атмосфер, влиянии радиации и механизмах формирования.
- Однако, если они существуют, кандидат K2-18b (возрастом всего 2.4 млрд лет) благодаря потенциально тёплым океанам может иметь условия для возникновения и поддержания ключевых групп одноклеточных организмов, что делает его отличной целью для поиска биосигнатур.