Может ли земная жизнь выжить на планете красного карлика?

Несмотря на то, что наука об экзопланетах значительно продвинулась за последние десятилетие или два, мы все еще находимся в неудачной ситуации. Ученые могут только делать обоснованные предположения о том, какие экзопланеты могут быть обитаемы. Даже самая близкая экзопланета находится на расстоянии четырех световых лет, и хотя четыре — небольшое целое число, расстояние огромно.

Однако это не мешает ученым попытаться собрать вещи воедино.

Один из наиболее важных вопросов в науке об экзопланетах и ​​их обитаемости касается красных карликов. Красных карликов много, и исследования показывают, что они содержат множество планет. В то время как газовые гиганты, такие как Юпитер, относительно редки среди красных карликов, другие планеты — нет. Данные наблюдений показывают, что около 40% красных карликов содержат в своих обитаемых зонах планеты-суперземли.

У красных карликов есть несколько преимуществ, когда дело доходит до обитаемости экзопланет. Эти звезды с малой массой имеют чрезвычайно долгую продолжительность жизни, а это означает, что выход энергии остается стабильным в течение длительных периодов времени. Насколько мы можем судить, это благо для потенциальной обитаемости и эволюции сложной жизни. Стабильность дает жизни шанс реагировать на изменения и упорствовать в своих нишах.

Но у красных карликов есть и темная сторона: вспышка. Все звезды в той или иной степени вспыхивают, даже наше Солнце. Но вспышка Солнца даже не может сравниться со вспышкой красного карлика. Красные карлики могут вспыхивать настолько мощно, что могут удвоить свою яркость за очень короткий промежуток времени. Есть ли способ выжить на планетах красных карликов?

Новое исследование ученых из Португалии и Германии изучает этот вопрос. Чтобы проверить идею обитаемости экзопланеты красного карлика, исследователи использовали обычный тип плесени и подвергли ее воздействию имитируемого излучения красного карлика, защищенного только имитацией марсианской атмосферы.

Исследование звучит так: «Насколько обитаемы экзопланеты М-карликов?» Моделирование поверхностных условий и изучение роли меланинов в выживании спор Aspergillus niger под воздействием экзопланетной радиации». Ведущий автор — Афонсо Мота, астробиолог из исследовательской группы аэрокосмической микробиологии Института аэрокосмической медицины Немецкого аэрокосмического центра (DLR). Статья была представлена ​​в журнал Astrobiology и в настоящее время находится в предварительной печати.

Aspergillus niger повсеместно встречается в почве и широко известен черной плесенью, которую он может вызвать на некоторых фруктах и ​​овощах. Это также плодовитый производитель меланина. Меланин очень эффективно поглощает свет, а у людей меланин вырабатывается под воздействием УФ-излучения и затемняет кожу. Меланины широко распространены в природе, и экстремофилы используют их для защиты. Меланин может рассеивать до 99,9% поглощенного ультрафиолета. Ученые полагают, что появление меланинов могло сыграть решающую роль в развитии жизни на Земле, защитив организмы от вредного излучения Солнца.

По сути, это исследование задает довольно простой вопрос. Может ли меланин Aspergillus niger помочь ему пережить вспышку красного карлика, когда он защищен тонкой атмосферой, такой как марсианская?

Проксима Центавра и TRAPPIST-1 являются хорошо известными красными карликами в науке об экзопланетах, поскольку в их обитаемых зонах находятся каменистые экзопланеты. В этом исследовании основное внимание уделяется Проксиме Центавра b (далее PCb) и TRAPPIST-1 e (далее T1e). Вероятно, обе они имеют температуру, позволяющую жидкой воде существовать на их поверхности, при условии правильных свойств атмосферы. И PCb, и T1e, вероятно, также имеют допустимую радиационную среду.

Невозможно идеально смоделировать состояние поверхности этих планет, но исследователи могут приблизиться к этому, используя так называемую равновесную температуру. Измерить вспышку звезды проще, поскольку ее можно точно наблюдать с больших расстояний. Производство меланина в А. Нигер также хорошо понимается. Работая со всеми тремя факторами, исследователи смогли смоделировать, как плесень будет развиваться на поверхности обитаемой зоны планеты вокруг красного карлика.

«В контексте астробиологии и особенно астромикологии изучение экстремотолерантных грибов оказалось критически важным для лучшего понимания границ жизни и обитаемости», — пишут авторы. «Aspergillus niger, экстремотолерантный нитчатый гриб, часто использовался в качестве модельного организма для изучения выживания грибов в экстремальных условиях, растущих в широком диапазоне условий».

А. Нигер споры имеют сложную и плотную оболочку из меланина, защищающую их от ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Их нашли на Международной космической станции, что является свидетельством их способности противостоять некоторым опасностям в космосе. Хотя они земные, ученые могут использовать их для изучения потенциальной обитаемости экзопланет.

В этой работе исследователи проверили выживаемость А. Нигер споры в смоделированных поверхностных условиях PCb и T1c, где красные карлики омывают поверхности планет мощным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением.

Исследователи протестировали различные типы А. Нигер споры в разных растворах. Один из них был диким штаммом, другой — мутантным штаммом, модифицированным для производства и выделения пиомеланина, одного из меланинов, представляющих особый интерес для ученых, а третий — штаммом с дефицитом меланина. Споры суспендировали либо в солевых растворах, либо в растворах, богатых меланином, либо в контрольном растворе на определенный период времени, подвергая их воздействию различных количеств как рентгеновского, так и УФ-излучения.

После воздействия три типа А. Нигер споры были проверены на их выживаемость и жизнеспособность.

Результаты показывают, что А. Нигер сможет пережить интенсивную радиационную среду, которая может стерилизовать поверхности экзопланет красных карликов. Не в случае прямого воздействия, а в том случае, если он находится всего в нескольких миллиметрах от почвы или воды. «Если бы рентгеновские лучи от вспышек не были ослаблены, они, скорее всего, стерилизовали бы поверхность всех изученных экзопланет. Однако микроорганизмы, способные выжить под поверхностью, не будут подвержены влиянию большинства экзогенных источников радиации, находящихся на глубине нескольких миллиметров почвы или воды», — объясняют исследователи.

Исследование сводится к меланину. Чем больше меланина, тем выше выживаемость А. Нигер.

«Эксперименты, проведенные в этом исследовании, подтверждают многофункциональное назначение меланина, поскольку А. Нигер Споры MA93.1 прорастали быстрее и эффективнее в экстракте, богатом меланином, по сравнению с двумя контрольными растворами», — пишут авторы. А. Нигер MA93.1 представляет собой мутантный штамм, модифицированный для производства и выделения меланина.

Что касается экзопланет T1e и PCb, то исследование будет многообещающим для тех из нас, кто надеется на обитаемость на других планетах. Что касается УФ-С-излучения, значительная часть спор из образцов, содержащих меланин, может пережить супервспышки, поражающие PCb и T1e, даже при очень незначительной атмосферной защите. Воздействие рентгеновских лучей было аналогичным.

Хотя нам всем нравится представлять себе сложную жизнь в других частях Вселенной, мы с большей вероятностью наткнемся на миры, совсем не похожие на Землю. Если мы найдем жизнь, то, вероятно, это будут простые организмы, которые найдут способ выжить в маргинальной или экстремальной среде. Поскольку красные карлики настолько распространены, вероятно, именно там мы и найдем эту жизнь.

Данное исследование подтверждает эту идею.

«Кроме того, — пишут авторы в своем заключении, — результаты этой работы показали, насколько А. Нигеркак и другие экстремотолерантные и экстремофильные организмы, смогут пережить суровые радиационные условия на поверхности некоторых экзопланет М-карликов».

Меланин играет решающую роль в их потенциальном выживании, заключают авторы. «Кроме того, было показано, что растворы, богатые меланином, очень полезны для выживания и прорастания растений. А. Нигер споры, особенно при обработке высокими дозами УФ и рентгеновского излучения».

Продолжается научная дискуссия по поводу обитаемости экзопланет у красных карликов, при этом вспышка играет важную роль. Но это исследование показывает, что, возможно, еще слишком рано списывать со счетов красные карлики, а также проливает свет на то, как могла развиваться жизнь на Земле.

«Эти результаты дают представление о том, как формы жизни могут переносить вредные события и условия, распространенные на экзопланетах, и какую роль меланин мог сыграть в зарождении и эволюции жизни на Земле и, возможно, в других мирах».