Η κατοικησιμότητα της Γης ίσως ανάγεται σε μια ακριβή χημική ισορροπία κατά τη διάρκεια του σχηματισμού της, η οποία εμπόδισε κρίσιμα για τη ζωή στοιχεία από το να εξαφανιστούν στον πυρήνα ή να διαφύγουν στο διάστημα.
Ένας κόσμος μπορεί να φαίνεται ελπιδοφόρος από μακριά και παρόλα αυτά να του λείπουν τα χημικά συστατικά από τα οποία εξαρτάται η βιολογία. Δύο από τα πιο κρίσιμα είναι ο φώσφορος και το άζωτο, τα οποία λειτουργούν ως “θεματοφύλακες” της ζωής.
Ο φώσφορος είναι δομικό στοιχείο του DNA και του RNA —των μορίων που αποθηκεύουν και μεταφέρουν γενετικές πληροφορίες— και βοηθά επίσης τα κύτταρα στη διαχείριση της ενέργειας. Το άζωτο είναι βασικό συστατικό των πρωτεϊνών, στις οποίες βασίζονται οι ζωντανοί οργανισμοί για να χτίσουν κύτταρα και να τα διατηρήσουν σε λειτουργία. Αυτό που καθιστά αυτά τα στοιχεία ιδιαίτερα ενδιαφέροντα είναι ότι ένας πλανήτης μπορεί να χάσει την πρόσβαση σε αυτά πολύ πριν η επιφάνειά του γίνει σταθερή.
Η μελέτη
Μια μελέτη με επικεφαλής τον Craig Walton, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο Κέντρο για την Προέλευση και την Εξάπλωση της Ζωής στο ETH της Ζυρίχης, μαζί με την καθηγήτρια του ETH Maria Schönbächler, διαπίστωσε ότι ο φώσφορος και το άζωτο πρέπει να είναι διαθέσιμα τη στιγμή που ένας πλανήτης σχηματίζει τον πυρήνα του.
Κατά τον σχηματισμό του πυρήνα ενός πλανήτη, πρέπει να υπάρχει ακριβώς η σωστή ποσότητα οξυγόνου, ώστε ο φώσφορος και το άζωτο να παραμείνουν στην επιφάνεια του πλανήτη», εξηγεί ο Walton, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Η Γη φαίνεται να πέτυχε αυτή τη χημική ισορροπία πριν από περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, γεγονός που ίσως βοηθά να εξηγηθεί γιατί κατέληξε να διαθέτει τις πρώτες ύλες που χρειάζεται η ζωή. Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αξιολογούν τις πιθανότητες για ζωή αλλού στο σύμπαν.
Ο σχηματισμός του πυρήνα ως μορφή κοσμικής ρουλέτας
Οι νεαροί βραχώδεις πλανήτες ξεκινούν τη ζωή τους ως ταραγμένοι ωκεανοί λιωμένου πετρώματος. Καθώς η βαρύτητα έλκει τα υλικά διαχωρίζοντάς τα σε στρώματα, τα πυκνά μέταλλα, όπως ο σίδηρος, βυθίζονται προς το εσωτερικό για να σχηματίσουν τον πυρήνα, ενώ τα ελαφρύτερα υλικά παραμένουν ψηλότερα για να αποτελέσουν τον μανδύα και, αργότερα, τον φλοιό. Αυτός ο φυσικός διαχωρισμός είναι μόνο η μισή ιστορία.
Ταυτόχρονα, η χημεία είναι εκείνη που αποφασίζει ποια στοιχεία «προτιμούν» το μέταλλο και ποια το πέτρωμα, και το οξυγόνο είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που καθορίζουν αυτή την επιλογή.
Η “παγίδα” της χημείας
Αν το οξυγόνο σπανίζει κατά τον σχηματισμό του πυρήνα, ο φώσφορος τείνει να συνδέεται με τον σίδηρο και άλλα βαρέα μέταλλα και παρασύρεται προς τα κάτω στον πυρήνα. Μόλις συμβεί αυτό, απομακρύνεται ουσιαστικά από το επιφανειακό περιβάλλον όπου θα τον χρειαζόταν η ζωή.
Αν το οξυγόνο είναι υπερβολικά άφθονο, ο φώσφορος παραμένει στον μανδύα, αλλά το άζωτο γίνεται πιο πιθανό να διαφύγει στην ατμόσφαιρα και τελικά να χαθεί. Με άλλα λόγια, οι συνθήκες που προστατεύουν ένα απαραίτητο για τη ζωή στοιχείο, μπορούν να καταστήσουν δυσκολότερη τη διατήρηση του άλλου.
Η χημική “ζώνη της Χρυσομαλλούσας”
Χρησιμοποιώντας εκτεταμένα υπολογιστικά μοντέλα, ο Walton και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι υπάρχει μόνο ένα πολύ μικρό εύρος ενδιάμεσων συνθηκών οξυγόνου, υπό τις οποίες τόσο ο φώσφορος όσο και το άζωτο παραμένουν στον μανδύα σε ποσότητες κατάλληλες για τη ζωή.
Οι ερευνητές περιγράφουν αυτή την ισορροπία ως μια χημική ζώνη της Χρυσομαλλούσας (Goldilocks zone). «Τα μοντέλα μας δείχνουν ξεκάθαρα ότι η Γη βρίσκεται ακριβώς μέσα σε αυτό το εύρος. Αν είχαμε έστω και λίγο περισσότερο ή λίγο λιγότερο οξυγόνο κατά τον σχηματισμό του πυρήνα, δεν θα υπήρχε αρκετός φώσφορος ή άζωτο για την ανάπτυξη της ζωής», λέει ο Walton.
Η μελέτη δείχνει επίσης ότι άλλοι πλανήτες σχηματίστηκαν υπό διαφορετικές συνθήκες. Στην περίπτωση του Άρη, τα επίπεδα οξυγόνου κατά τον σχηματισμό του βρέθηκαν εκτός αυτής της στενής ζώνης.
Ως αποτέλεσμα, ο Άρης κατέληξε με περισσότερο φώσφορο στον μανδύα του από ό,τι η Γη, αλλά με σημαντικά λιγότερο άζωτο, δημιουργώντας ένα περιβάλλον που θα ήταν πολύ λιγότερο ευνοϊκό για τη ζωή όπως την κατανοούμε.
Νέα κριτήρια για την αναζήτηση ζωής
Τα νέα ευρήματα θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες αναζητούν ζωή αλλού στο σύμπαν. Μέχρι τώρα, η εστίαση γινόταν κυρίως στο αν ένας πλανήτης διέθετε νερό. Σύμφωνα με τον Walton και τη Schönbächler, αυτό το κριτήριο δεν είναι πλέον επαρκές.
Η ποσότητα του διαθέσιμου οξυγόνου κατά τον σχηματισμό ενός πλανήτη μπορεί να σημαίνει ότι πολλοί πλανήτες είναι χημικά ακατάλληλοι για ζωή από την ίδια τους την αρχή, ακόμη και αν υπάρχει νερό και παρόλο που κατά τα άλλα φαίνεται να διαθέτουν τις κατάλληλες συνθήκες για ζωή.
Η αναζήτηση παρόμοιων ηλιακών συστημάτων στο σύμπαν
Αυτές οι χημικές προϋποθέσεις για τη ζωή μπορούν να μετρηθούν έμμεσα από τους αστρονόμους, παρατηρώντας άλλα ηλιακά συστήματα με τη χρήση μεγάλων τηλεσκοπίων. Η ποσότητα του οξυγόνου που υπάρχει σε ένα ηλιακό σύστημα για τον σχηματισμό πλανητών εξαρτάται από τη χημική σύσταση του μητρικού άστρου.
Η χημική δομή του άστρου διαμορφώνει ολόκληρο το πλανητικό σύστημα γύρω του, καθώς οι πλανήτες αποτελούνται κυρίως από το ίδιο υλικό με το άστρο τους.
Ηλιακά συστήματα που διαφέρουν σημαντικά από το δικό μας όσον αφορά τη χημική τους σύσταση δεν αποτελούν, επομένως, καλά μέρη για την αναζήτηση ζωής αλλού στο σύμπαν. «Αυτό καθιστά την αναζήτηση ζωής σε άλλους πλανήτες πολύ πιο συγκεκριμένη. Θα πρέπει να αναζητούμε ηλιακά συστήματα με άστρα που μοιάζουν με τον δικό μας Ήλιο», λέει ο Walton.
