يمكن أن يكون الميثان أول علامة على الحياة خارج الأرض.

على الرغم من أن العمليات غير البيولوجية يمكن أن تولد الميثان, دراسة جديدة أجراها علماء في جامعة سانتا كروز, كاليفورنيا, تحدد مجموعة من الظروف التي يمكن فيها تقديم حالة مقنعة للنشاط البيولوجي كمصدر للميثان في الغلاف الجوي لكوكب صخري.

الميثان هو أحد العلامات المحتملة القليلة للحياة، أو التوقيعات الحيوية، التي يمكن اكتشافها بسهولة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، الذي أطلقته وكالة ناسا في ديسمبر. وأوضحت ماجي طومسون، طالبة الدراسات العليا في علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا سانتا كروز (UCSC) والمؤلف الرئيسي للجديد: «غالبًا ما يتم التحدث عن الأكسجين كواحد من أفضل التوقيعات البيولوجية، ولكن من المحتمل أن يكون من الصعب اكتشافه باستخدام JWST». دراسة.

التوقيعات الحيوية أو مؤشرات الحياة هي مواد أو عناصر أو ظواهر تقدم أدلة علمية على علامات الحياة المحتملة، سواء في الماضي أو في الوقت الحاضر. على الرغم من بعض الدراسات السابقة حول التوقيعات الحيوية للميثان, لم يكن هناك تقييم محدث ومخصص لظروف الكواكب اللازمة لكي يكون الميثان مؤشرًا جيدًا للحياة.

وقال طومسون: «أردنا توفير إطار عمل لتفسير الملاحظات، لذلك إذا رأينا كوكبًا صخريًا يحتوي على الميثان، فإننا نعرف ما هي الملاحظات الأخرى اللازمة لجعله توقيعًا بيولوجيًا مقنعًا».

نشرت في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم, تدرس الدراسة مجموعة متنوعة من المصادر غير البيولوجية للميثان وتقيم إمكاناتها للحفاظ على جو غني بالميثان. وتشمل هذه البراكين; ردود الفعل في بيئات مثل التلال المحيطية, fumaroles الحرارية المائية ومناطق الاندساس التكتوني; والآثار الناجمة عن المذنبات أو الكويكبات.

تنبع حالة الميثان كتوقيع بيولوجي من عدم استقرارها في الغلاف الجوي. لأن التفاعلات الكيميائية الضوئية تدمر الميثان في الغلاف الجوي، يجب تجديدها باستمرار للحفاظ على مستويات عالية. «إذا تم اكتشاف كمية كبيرة من الميثان على كوكب صخري، عادة ما تكون هناك حاجة إلى مصدر ضخم لشرح حدوثه»، أكمل المؤلف المشارك جوشوا كريسانسن-توتون، وهو أيضًا عضو في UCSC. نحن نعلم أن النشاط البيولوجي يخلق كميات كبيرة من الميثان على الأرض، وربما فعل ذلك في المراحل المبكرة لأن إنتاج الميثان أمر سهل للغاية من الناحية الأيضية».

ومع ذلك، لا يمكن للمصادر غير البيولوجية إنتاج الكثير من الميثان دون توليد أدلة يمكن ملاحظتها أيضًا فيما يتعلق بأصوله. على سبيل المثال، ستضيف البراكين التفريغ كلاً من الميثان وأول أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، بينما يميل النشاط البيولوجي إلى استهلاك أول أكسيد الكربون بسهولة. وجد الباحثون أن العمليات غير البيولوجية لا يمكنها بسهولة إنتاج أجواء كوكبية صالحة للسكن غنية بالميثان وثاني أكسيد الكربون وبقليل من أول أكسيد الكربون أو معدومة.

وشددت الدراسة على الحاجة إلى النظر في السياق الكوكبي بأكمله عند تقييم التوقيعات البيولوجية المحتملة. وخلص الباحثون إلى أنه بالنسبة لكوكب صخري يدور حول نجم يشبه الشمس، من المرجح أن يعتبر الميثان الجوي علامة قوية على الحياة إذا كان الغلاف الجوي يحتوي أيضًا على ثاني أكسيد الكربون، والميثان أكثر وفرة من أول أكسيد الكربون وغني للغاية بالمياه. يمكن استبعاد التراكيب الكوكبية.

وحذر طومسون من أن «الجزيء لن يعطيك الإجابة، يجب أن تأخذ في الاعتبار السياق بأكمله للكوكب». «الميثان هو قطعة واحدة من اللغز، ولكن لتحديد ما إذا كانت هناك حياة على كوكب ما، يجب أن تفكر في الكيمياء الجيولوجية، وكيف يتفاعل مع نجمه، والعديد من العمليات التي يمكن أن تؤثر على الغلاف الجوي للكوكب على المقاييس الزمنية الجيولوجية.»

نظرت الدراسة في مجموعة متنوعة من الاحتمالات للإيجابيات الخاطئة وقدمت مبادئ توجيهية لتقييم التوقيعات الحيوية للميثان. وحذر كريسانسن توتون من أن «هناك شيئان يمكن أن يحدث خطأ: يمكننا أن نسيء تفسير شيء مثل التوقيع البيولوجي والحصول على إيجابية كاذبة، أو يمكننا التغاضي عن شيء هو توقيع بيولوجي حقيقي». مع هذه الوثيقة، أردنا تطوير إطار عمل لتجنب كل من الأخطاء المحتملة مع الميثان».

يذكر المؤلفون أنه لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لفهم أي اكتشاف مستقبلي للميثان بشكل كامل. واختتم كريسانسن-توتون قائلاً: «تركز هذه الدراسة على الإيجابيات الكاذبة الأكثر وضوحًا للميثان كتوقيع بيولوجي». من المحتمل أن تفاجئنا أجواء الكواكب الخارجية الصخرية، وعلينا أن نكون حذرين في تفسيراتنا. يجب أن يسعى العمل المستقبلي إلى توقع وتحديد آليات أكثر غرابة لإنتاج الميثان غير البيولوجي».

استمر في القراءة: