Ученые, работающие в области астро- и геобиологии, опубликовали в International Journal of Astrobiology исследование под названием “Exploring extremophile gas production as a biomarker for early Earth atmospheres”. В нём рассматривается, как газы, вырабатываемые экстремальными микроорганизмами на Земле, могут служить «биомаркерами» — признаками жизни — в ультраранних атмосферах планет как нашей родной Земли, так и потенциально иных миров во Вселенной.
Что такое биомаркеры и зачем они нужны
В астрофизике и астробиологии термин биомаркер относится к химическим веществам, которые однозначно связаны с жизненной активностью организмов. Если такие вещества обнаруживаются в атмосфере планеты, это может быть признаком биологических процессов, а не только геохимических или фотохимических. Выявление биомаркеров — ключевой элемент поиска жизни на других планетах и экзопланетах.
В современной наукеbiosignatures (биомаркеры) рассматриваются как составляющие атмосфер, которые могут быть выявлены дистанционно (например, с помощью телескопов) и однозначно указывают на присутствие биологических источников, — это, как правило, неплотно связанные с абиотическими процессами газы: кислород, метан, угарный газ и др.
Почему экстремофилы важны для астробиологии
Экстремофилы — это микроорганизмы, способные жить и метаболизировать в условиях, ранее считавшихся несовместимыми с жизнью:
- экстремально низкие или высокие температуры;
- высокое давление и отсутствие кислорода;
- высокая кислотность или щелочность;
- засолённые или радиационно насыщенные среды.
На Земле такие организмы найдены, например, в горячих источниках, глубоких океанских впадинах, солёных озёрах и антарктических льдах. Их способность поддерживать метаболизм в экстремальных условиях делает их моделями для возможной жизни на других планетах, включая Марс, спутники Юпитера и Сатурна, а также экзопланеты с толстыми льдами или плотными атмосферными покровами.
Суть исследования: газы экстремофилов и древняя атмосфера Земли
Статья, опубликованная 20 февраля 2026 года, представляет пилотный эксперимент, в котором учёные сравнивали спектральные характеристики газов, выделяемых бактериями, с моделями атмосфер, похожих на атмосферу ранней Земли.
Авторы наблюдали газы, выделяемые экстремальным микроорганизмом Roseovarius sp., взятым из пустынных условий Атакамы. Учёные регистрировали спектры в инфракрасном и рамановском диапазоне, фиксируя характерные вибрационные спектры таких газов, как угарный газ (CO) и другие возможные биогенные компоненты. Эти спектры затем были сопоставлены с теоретическими моделями атмосферы ранней Земли, чтобы изучить, какие газовые сигналы могли быть следствием жизнедеятельности в далёком прошлом.
Атмосфера ранней Земли: контекст исследования
На начальных этапах своего существования атмосфера Земли была другой, чем современная, с крайне низким уровнем кислорода и высокими долями углекислого газа и азота. Такая атмосфера называется слабом восстановительной и создаёт условия, в которых биомаркеры могли иметь иные концентрации и спектральные характеристики, нежели те, что мы видим сегодня.
В таких условиях определённые газы, в том числе метан (CH₄) и другие продукты метаболизма древних микробов, могли вносить существенный вклад в климатическую систему и атмосферную композицию, а также служить сигналами жизнедеятельности.
Почему спектроскопия газов экстремофилов важна для поиска жизни
Методы спектроскопии позволяют дистанционно фиксировать специфические «линии» поглощения и излучения в атмосферах планет, которые зависят от присутствующих химических соединений. Каждое химическое соединение имеет уникальный «отпечаток»: диапазон длин волн, где оно поглощает или излучает энергию.
Если определённые биогенные газы — например, угарный газ, метан или производные серы — присутствуют в атмосфере в количествах, превышающих возможные абиотические источники, это усиливает аргумент в пользу биологического происхождения таких газов. Потенциально именно такие спектральные «биомаркеры» могут быть идентифицированы при наблюдении экзопланет или древней Земли.
Связь с современными астрономическими инструментами
Авторы исследования обсуждают перспективы использования существующих и будущих телескопов для наблюдений подобных атмосфер. Основными инструментами, которые могут фиксировать биомаркеры на экзопланетах, являются:
- James Webb Space Telescope (JWST) — уже функционирующий инфракрасный телескоп, способный изучать спектры атмосферы экзопланет;
- экстремально крупные наземные телескопы (ELTs) — следующая генерация наземных оптических наблюдательных систем.
Ученые подчёркивают, что характерные спектральные линии угарного газа (CO) и других возможных биогенных газов могут быть обнаружены с этими инструментами в атмосфере планет, вращающихся вокруг малых звёзд (типа M7 и слабее). Это делает более реальной задачу дистанционной оценки присутствия биомаркеров на других мирах.
Заключение: новое направление в астробиологии
Работа, опубликованная в International Journal of Astrobiology, представляет собой важный шаг в развитии методов поиска биомаркеров. Исследование показывает, что:
- газы, производимые экстремальными микроорганизмами на Земле, обладают спектральными характеристиками, которые могут быть использованы как биомаркеры;
- сравнение спектральных данных с моделями древних атмосфер помогает понять, какие сигналы жизни могли присутствовать на ранних этапах Земли;
- такие подходы могут быть применены к наблюдению экзопланет, расширяя инструментарий поиска жизни за пределами Солнечной системы.
Таким образом, работа не только углубляет понимание того, как жизнь могла влиять на атмосферу нашей планеты в прошлом, но и предоставляет научно обоснованную методику, которую можно применить к астрономическим наблюдениям будущего.
Источники:
Статья создана по материалам cambridge.org
