Kredit gambar: NASA
Christopher Chyba adalah peneliti utama untuk tim pemimpin SETI Institute dari NASA Astrobiology Institute. Chyba sebelumnya mengepalai Pusat Studi Kehidupan SETI Institut SETI. Tim NAI-nya mengejar berbagai kegiatan penelitian, melihat awal kehidupan di Bumi dan kemungkinan kehidupan di dunia lain. Redaktur pelaksana Majalah Astrobiology, Henry Bortman, baru-baru ini berbicara dengan Chyba tentang beberapa proyek timnya yang akan mengeksplorasi asal dan pentingnya oksigen di atmosfer Bumi.
Majalah Astrobiology: Banyak proyek yang akan dikerjakan oleh anggota tim Anda dengan oksigen di atmosfer Bumi. Sekarang oksigen adalah komponen penting dari udara yang kita hirup. Tetapi di Bumi awal, ada sangat sedikit oksigen di atmosfer. Ada banyak perdebatan tentang bagaimana dan kapan atmosfer planet menjadi teroksigenasi. Bisakah Anda menjelaskan bagaimana penelitian tim Anda akan mendekati pertanyaan ini?
Christopher Chyba: Kisah yang biasa, yang mungkin Anda kenal, adalah bahwa setelah fotosintesis oksigenik berevolusi, maka ada sumber biologis oksigen yang sangat besar di awal Bumi. Itulah pandangan yang biasa. Mungkin benar, dan apa yang biasanya terjadi dalam argumen semacam ini bukanlah apakah satu efek itu benar atau tidak. Mungkin banyak efek aktif. Ini adalah pertanyaan tentang apa efek dominan, atau apakah ada beberapa efek yang sebanding pentingnya.
Peneliti SETI Institute, Friedemann Freund memiliki hipotesis yang sepenuhnya non-biologis tentang peningkatan oksigen, yang memiliki beberapa dukungan eksperimental dari pekerjaan laboratorium yang dia lakukan. Hipotesisnya adalah bahwa, ketika batu mengeras dari magma, mereka menggabungkan sejumlah kecil air. Pendinginan dan reaksi selanjutnya mengarah pada produksi ikatan peroksi (terdiri dari atom oksigen dan silikon) dan hidrogen molekuler dalam batuan.
Kemudian, ketika batuan beku selanjutnya mengalami pelapukan, ikatan peroksi menghasilkan hidrogen peroksida, yang terurai menjadi air dan oksigen. Jadi, jika ini benar, pelapukan batuan beku akan menjadi sumber oksigen gratis ke atmosfer. Dan jika Anda melihat beberapa jumlah oksigen yang dapat dilepaskan oleh Friedemann dari batu dalam situasi yang terkontrol dengan baik dalam percobaan awalnya, mungkin ini adalah sumber oksigen yang substansial dan signifikan di Bumi awal.
Jadi, terlepas dari fotosintesis, mungkin ada semacam sumber oksigen alami di dunia yang mirip Bumi yang memiliki aktivitas beku dan air cair. Ini menunjukkan bahwa oksidasi permukaan mungkin sesuatu yang Anda harapkan terjadi, apakah fotosintesis terjadi awal atau terlambat. (Tentu saja, waktunya tergantung pada oksigen juga.) Saya menekankan itu semua hipotesis pada titik ini, untuk penyelidikan yang jauh lebih hati-hati. Sejauh ini Friedemann hanya melakukan percobaan percobaan.
Salah satu hal yang menarik tentang ide Friedemann adalah bahwa ide itu menunjukkan bahwa mungkin ada sumber oksigen penting di planet yang sepenuhnya independen dari evolusi biologis. Jadi mungkin ada pendorong alami menuju oksidasi permukaan dunia, dengan semua konsekuensi yang timbul untuk evolusi. Atau mungkin tidak. Intinya adalah melakukan pekerjaan dan mencari tahu.
Komponen lain dari karyanya, yang akan dilakukan Friedemann dengan ahli mikrobiologi Lynn Rothschild dari NASA Ames Research Center, ada hubungannya dengan pertanyaan ini apakah di lingkungan yang terkait dengan batuan beku yang sudah lapuk dan produksi oksigen, Anda bisa menciptakan lingkungan mikro yang akan memungkinkan mikroorganisme tertentu yang hidup di lingkungan tersebut memiliki pra-adaptasi ke lingkungan yang kaya oksigen. Mereka akan melakukan pekerjaan dengan mikroorganisme untuk mencoba menjawab pertanyaan itu.
SAYA: Emma Banks akan melihat interaksi kimia di atmosfer bulan Titan Saturnus. Bagaimana itu mengikat pemahaman oksigen di Bumi awal?
CC: Emma sedang mencari cara abiotik lain yang mungkin penting dalam mengoksidasi permukaan dunia. Emma melakukan model komputasi kimia, sampai ke tingkat mekanika kuantum. Dia melakukannya dalam sejumlah konteks, tetapi apa yang relevan dengan proposal ini berkaitan dengan pembentukan kabut asap.
Di Titan - dan mungkin juga pada Bumi purba, tergantung pada model Anda untuk atmosfer Bumi purba - ada polimerisasi metana [kombinasi molekul metana menjadi molekul rantai hidrokarbon yang lebih besar] di atmosfer atas. Atmosfer Titan adalah beberapa persen metana; hampir semua sisanya adalah nitrogen molekuler. Itu dibombardir dengan sinar ultraviolet dari matahari. Itu juga dibombardir dengan partikel bermuatan dari magnetosfer Saturnus. Efek dari itu, yang bekerja pada metana, CH4, adalah memecah metana dan mempolimerisasikannya menjadi hidrokarbon rantai panjang.
Jika Anda mulai mempolimerisasi metana menjadi rantai karbon yang lebih lama dan lebih lama, setiap kali Anda menambahkan karbon lain ke rantai itu, Anda harus menyingkirkan beberapa hidrogen. Misalnya, untuk beralih dari CH4 (metana) ke C2H6, (etana) Anda harus menyingkirkan dua hidrogen. Hidrogen adalah atom yang sangat ringan. Bahkan jika itu membuat H2, itu adalah molekul yang sangat ringan, dan molekul itu kehilangan bagian atas atmosfer Titan, sama seperti ia kehilangan bagian atas atmosfer Bumi. Jika Anda mengeluarkan hidrogen dari bagian atas atmosfer Anda, efek bersihnya adalah mengoksidasi permukaan. Jadi ini cara lain yang memberi Anda oksidasi bersih dari permukaan dunia.
Emma tertarik pada ini terutama sehubungan dengan apa yang terjadi di Titan. Tetapi juga berpotensi relevan sebagai semacam mekanisme pengoksidasi global untuk Bumi purba. Dan, membawa nitrogen ke dalam gambar, dia tertarik pada potensi produksi asam amino dari kondisi ini.
SAYA: Salah satu misteri tentang kehidupan awal di Bumi adalah bagaimana ia selamat dari efek radiasi ultraviolet (UV) yang merusak sebelum ada cukup oksigen di atmosfer untuk menyediakan perisai ozon. Janice Bishop, Nathalie Cabrol dan Edmond Grin, yang semuanya bekerja di SETI Institute, sedang mengeksplorasi beberapa strategi ini.
CC: Dan ada banyak strategi potensial di sana. Satu hanya cukup dalam di bawah permukaan, apakah Anda berbicara tentang tanah atau laut, untuk sepenuhnya dilindungi. Yang lain harus dilindungi oleh mineral di dalam air itu sendiri. Janice dan Lynn Rothschild sedang mengerjakan proyek yang meneliti peran mineral oksida besi dalam air sebagai sejenis pelindung UV.
Dengan tidak adanya oksigen, besi dalam air akan hadir sebagai oksida besi. (Bila Anda memiliki lebih banyak oksigen, zat besi teroksidasi lebih jauh; zat besi menjadi besi dan keluar.) Besi oksida berpotensi memainkan peran pelindung ultraviolet di lautan awal, atau di kolam atau danau awal. Untuk menyelidiki seberapa baik itu sebagai perisai UV potensial, ada beberapa pengukuran yang mungkin ingin Anda lakukan, termasuk pengukuran di lingkungan alami, seperti di Yellowstone. Dan sekali lagi ada komponen mikrobiologis untuk pekerjaan itu, dengan keterlibatan Lynn.
Ini terkait dengan proyek yang diupayakan Nathalie Cabrol dan Edmond Grin, dari perspektif yang berbeda. Nathalie dan Edmond sangat tertarik pada Mars. Mereka berdua berada di tim sains Mars Exploration Rover. Selain pekerjaan Mars mereka, Nathalie dan Edmond menjelajahi lingkungan di Bumi sebagai situs analog Mars. Salah satu topik investigasi mereka adalah strategi untuk bertahan hidup di lingkungan ber-UV tinggi. Ada sebuah danau yang tingginya enam kilometer di Licancabur (gunung berapi aktif di Andes). Kita sekarang tahu ada kehidupan mikroskopis di danau itu. Dan kami ingin tahu apa strateginya untuk bertahan di lingkungan UV-tinggi di sana? Dan itu adalah cara berbeda, sangat empiris untuk mendapatkan pertanyaan tentang bagaimana kehidupan bertahan di lingkungan ber-UV tinggi yang ada di Bumi awal.
Keempat proyek ini semuanya digabungkan, karena berkaitan dengan peningkatan oksigen di Bumi awal, bagaimana organisme bertahan sebelum ada oksigen substansial di atmosfer, dan kemudian, bagaimana semua ini berhubungan dengan Mars.
Sumber Asli: Majalah Astrobiology
