Schema che mostra i percorsi di reazione della biosfera e una panoramica dell’interazione con l’atmosfera catturata nel nostro quadro modellistico. I riquadri verdi mostrano i processi, sia biotici (contorno tratteggiato) che abiotici (contorno solido), i cerchi indicano i serbatoi di specie e le frecce i flussi tra i serbatoi attraverso i diversi processi. Il degassamento vulcanico guida la produttività biosferica fornendo donatori di elettroni ai produttori primari. Questi vengono utilizzati per il catabolismo per produrre energia e CH4 come prodotto di scarto, mentre l’energia viene utilizzata per la produzione di biomassa, che viene poi riciclata dai consumatori secondari e infine convertita nuovamente in CH4 o la biomassa viene sepolta nei sedimenti.
La ricerca di pianeti extrasolari sta subendo un cambiamento sismico. Con il lancio del telescopio spaziale Kepler e del Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), gli scienziati hanno scoperto migliaia di esopianeti, la maggior parte dei quali sono stati individuati e confermati con metodi indiretti.
Ma negli ultimi anni, e con il lancio del James Webb Space Telescope (JWST), il campo sta passando a quello della caratterizzazione. In questo processo, gli scienziati si basano sugli spettri di emissione delle atmosfere degli esopianeti per cercare le firme chimiche che associamo alla vita (biosignature).
Tuttavia, ci sono alcune controversie riguardo al tipo di firme che gli scienziati dovrebbero cercare. In sostanza, l’astrobiologia usa la vita sulla Terra come modello per la ricerca di indizi di vita extraterrestre, proprio come i cacciatori di esopianeti usano la Terra come standard per misurare l'”abitabilità”.
Ma come molti scienziati hanno sottolineato, la vita sulla Terra e il suo ambiente naturale si sono evoluti notevolmente nel tempo. In un recente documento pubblicato sul server di preprint arXiv, un team internazionale ha dimostrato come gli astrobiologi potrebbero cercare la vita su TRAPPIST-1e basandosi su ciò che esisteva sulla Terra miliardi di anni fa.
Il team era composto da astronomi e astrobiologi del Global Systems Institute e dei Dipartimenti di Fisica e Astronomia, Matematica e Statistica e Scienze Naturali dell’Università di Exeter. A loro si sono aggiunti ricercatori della School of Earth and Ocean Sciences dell’Università di Victoria e del Natural History Museum di Londra.
L’articolo che descrive le loro scoperte, “Biosignatures from pre-oxygen photosynthesizing life on TRAPPIST-1e“, sarà pubblicato nella rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Il sistema TRAPPIST-1 è stato al centro dell’attenzione da quando gli astronomi hanno confermato la presenza di tre esopianeti nel 2016, che sono diventati sette l’anno successivo. Essendo uno dei tanti sistemi con una stella madre di tipo M (nana rossa) a bassa massa e più fredda, ci sono domande irrisolte sulla possibilità che qualcuno dei suoi pianeti possa essere abitabile. Gran parte di questi interrogativi riguardano la natura variabile e instabile delle nane rosse, che sono soggette a brillamenti e potrebbero non produrre abbastanza fotoni per alimentare la fotosintesi.
Con tanti pianeti rocciosi trovati in orbita attorno a nane rosse, compreso l’esopianeta più vicino al nostro sistema solare (Proxima b), molti astronomi ritengono che questi sistemi siano il luogo ideale per cercare vita extraterrestre. Allo stesso tempo, hanno anche sottolineato che questi pianeti dovrebbero avere atmosfere spesse, campi magnetici intrinseci, meccanismi di trasferimento del calore sufficienti o tutte queste cose. Il JWST e altri telescopi di nuova generazione, come l’Extremely Large Telescope (ELT) proposto dall’ESO, dovrebbero consentire di determinare se gli esopianeti possiedono questi prerequisiti per la vita.
Ma anche con questi e altri strumenti di nuova generazione, resta da capire quali biosegnali dovremmo cercare. Come è noto, il nostro pianeta, la sua atmosfera e tutta la vita come la conosciamo si sono evoluti notevolmente negli ultimi 4 miliardi di anni. Durante l’Eone Archeano (circa 4-2,5 miliardi di anni fa), l’atmosfera terrestre era composta prevalentemente da anidride carbonica, metano e gas vulcanici e non esistevano che microrganismi anaerobi. Solo negli ultimi 1,62 miliardi di anni è comparsa la prima vita pluricellulare e si è evoluta fino alla complessità attuale.
Inoltre, il numero di passaggi evolutivi (e la loro potenziale difficoltà) necessari per raggiungere livelli di complessità più elevati significa che molti pianeti potrebbero non sviluppare mai vita complessa. Ciò è coerente con l’ipotesi del Grande Filtro, secondo la quale, mentre la vita può essere comune nell’universo, la vita avanzata potrebbe non esserlo. Di conseguenza, le biosfere microbiche semplici, simili a quelle che esistevano durante l’Archeano, potrebbero essere le più comuni. La chiave, quindi, è condurre ricerche che isolino biosignature coerenti con la vita primitiva e le condizioni che erano comuni sulla Terra miliardi di anni fa.
Il dottor Jake Eager-Nash, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Victoria e autore principale dello studio, ha spiegato:
“Penso che la storia della Terra fornisca molti esempi di come potrebbero essere gli esopianeti abitati, ed è importante capire le biosignature nel contesto della storia della Terra, poiché non abbiamo altri esempi di come potrebbe essere la vita su altri pianeti“.
Durante l’Archeano, quando si ritiene che la vita sia emersa per la prima volta, c’è stato un periodo di circa un miliardo di anni prima che la fotosintesi produttrice di ossigeno si evolvesse e diventasse il produttore primario dominante, le concentrazioni di ossigeno erano davvero basse. Quindi, se i pianeti abitati seguono una traiettoria simile a quella della Terra, potrebbero trascorrere un lungo periodo di tempo senza biosegnature di ossigeno e ozono, quindi è importante capire come appaiono le biosegnature simili a quelle dell’Archeano“.
Per il loro studio, il team ha elaborato un modello che considerava condizioni simili a quelle dell’Archeano e il modo in cui la presenza di prime forme di vita avrebbe consumato alcuni elementi aggiungendone altri. Ne è emerso un modello in cui semplici batteri che vivono negli oceani consumano molecole come l’idrogeno (H) o il monossido di carbonio (CO), creando carboidrati come fonte di energia e metano (CH4) come rifiuto. Hanno poi considerato il modo in cui i gas verrebbero scambiati tra l’oceano e l’atmosfera, portando a concentrazioni più basse di H e CO e maggiori di CH4.
Eager-Nash ha proseguito:
“Si ritiene che le biosegnalazioni di tipo archeano richiedano la presenza di metano, anidride carbonica e vapore acqueo, nonché l’assenza di monossido di carbonio. Questo perché il vapore acqueo indica la presenza di acqua, mentre un’atmosfera con metano e monossido di carbonio indica che l’atmosfera è in disequilibrio, il che significa che entrambe le specie non dovrebbero esistere insieme nell’atmosfera, poiché la chimica atmosferica convertirebbe tutta l’una nell’altra, a meno che non ci sia qualcosa, come la vita, che mantiene questo disequilibrio. L’assenza di monossido di carbonio è importante perché si pensa che la vita si evolverebbe rapidamente in un modo per consumare questa fonte di energia“.
Quando la concentrazione di gas è più alta nell’atmosfera, il gas si dissolve nell’oceano, reintegrando l’idrogeno e il monossido di carbonio consumati dalle forme di vita semplici. Quando i livelli di metano prodotto biologicamente aumentano nell’oceano, esso viene rilasciato nell’atmosfera, dove si verifica un’ulteriore chimica e diversi gas vengono trasportati intorno al pianeta. Da ciò il team ha ottenuto una composizione complessiva dell’atmosfera per prevedere quali biosegnali potrebbero essere rilevati.
“Abbiamo scoperto che il monossido di carbonio è probabilmente presente nell’atmosfera di un pianeta di tipo Archeano in orbita attorno a una nana M“, ha dichiarato Eager-Nash. “Questo perché la stella ospite guida una chimica che porta a concentrazioni più elevate di monossido di carbonio rispetto a un pianeta in orbita attorno al Sole, anche quando si ha un consumo di vita di questo composto“.
Per anni gli scienziati hanno considerato come una zona abitabile circumsolare (CHZ) potesse essere estesa per includere condizioni simili alla Terra di periodi geologici precedenti. Allo stesso modo, gli astrobiologi hanno lavorato per gettare una rete più ampia sui tipi di biosegnali associati a forme di vita più antiche (come gli organismi retino-fotosintetici). In questo ultimo studio, Eager-Nash e i suoi colleghi hanno stabilito una serie di biosegnali (acqua, monossido di carbonio e metano) che potrebbero portare alla scoperta della vita su pianeti rocciosi dell’era archeana in orbita attorno a soli simili al sole e nane rosse.
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