臭臭和有毒的分子可能是外星生命的确定标志

膦

膦,在地球上已知的分子,用于其臭味和毒性的性质,如果在附近的外延网上检测到,则可能是外星生物的迹象。信用:美国宇航局

外星人可能发臭的迹象:一种分子,在地球上以其难闻和有毒的性质而闻名,可能是外星生命的一个确定的迹象。

膦是地球上最臭味,最有毒的气体之一,在一些糟糕的地方发现,包括企鹅粪堆,沼泽和沼泽的深度,甚至在一些獾和鱼的肠子。这种腐烂的“沼泽气体”也具有高度易燃和对我们大气中的颗粒具有反应性的。

大多数生命在地球上,特别是全部有氧,呼吸呼吸生活,也希望与膦无关,既不是生产它也没有依赖它以存活。

现在麻省理工学院研究人员发现,膦由另一种,少量丰富的生命形式产生:厌氧生物,如细菌和微生物,这不需要氧气茁壮成长。该团队发现除了这些极端,厌恶生物之外,不能以任何其他方式生产膦,使膦是纯生物关键 - 生命的标志(至少是某种类型)。

Clara Sousa Silva

Clara Sousa-Silva寻找研究人员可能在系外行星的大气层中寻找的生物信号,作为外星生命的信标。信贷:梅勒妮Gonick

一篇论文中最近发表了在杂志中天体学,yabo124研究人员报告说,如果膦酸盐与地球上类似的量产生,则气体将在行星大气中产生象征的光图案。这种模式可以清晰地从望远镜距离望远镜(例如计划)中的16个轻的多年来检测詹姆斯韦伯太空望远镜。如果从岩石行星检测到膦,那将是一种明显的外星生命的迹象。

“在地球上,氧气是一个非常令人印象深刻的生活迹象,”MIT系的地球部门,大气和行星科学家的研究科学家领先作者Clara Sousa-Silva说。“除了生活之外的其他事情也制造氧气。重要的是要考虑可能不经常制作的陌生人分子,但如果你在另一个星球上找到它们,那么只有一个解释。“

该论文的合著者包括Sukrit Ranjan、Janusz Petkowski、Zhan Zhuchang、William Bains和Sara Seager,麻省理工学院1941届地球、大气和行星科学教授,以及加州理工学院的胡仁宇。

巨大的肚子

Sousa-Silva和她的同事正在组装一个分子指纹数据库,这些分子可能是潜在的生物特征。该团队已经收集了超过16000个候选元素,包括膦。这些分子中的绝大多数尚未被完全描述,如果科学家们要在一个外产在大气中,他们仍然不知道分子是否是生命的迹象或其他东西。

但随着Sousa-Silva的新论文,科学家们可以对至少一种分子的解释充满信心:膦。本文的主要结论是,如果在附近的岩石行星中检测到膦,那个星球必须含有某种寿命。

研究人员没有轻轻地结论。在过去的10年里,Sousa-Silva致力于完全表征犯规,有毒的气体,首先通过有条理地解读膦的性质以及如何与其他分子化学模式。

在20世纪70年代,在大气中发现了膦木星土星-非常热的气体巨星。科学家推测,分子是自发地在这些气体巨行星的内部聚集在一起的,正如Sousa-Silva所描述的,“被巨大的行星大小的对流风暴猛烈地刮起。”

仍然,对膦众所周知,Sousa-Silva在伦敦大学学院的研究生工作中致力于鉴定膦柱的光谱指纹。从她的论文工作中,如果出现气体,她钉在了膦应该吸收的精确波长的光线,并且如果存在气体,任何大气数据都会缺失。

在她的博士期间,她开始奇怪:膦不能只是在气体巨头的极端环境中生产,也是在地球上的生活?在麻省理工学院,Sousa-Silva和她的同事开始回答这个问题。

“所以我们开始收集地球上任何地方检测到的每一份膦,事实证明,在没有氧气的任何地方都有磷油,如沼泽和沼泽地和湖泊沉积物和一切的屁和肠道,”Sousa-Silva说。“突然间,这一切都是有道理的:对于喜欢氧气的任何东西来说,这是一个真正有毒的分子。但对于不喜欢氧气的生活,似乎是一个非常有用的分子。“

“没什么,但生活”

认为膦与厌氧生命相关的实现是分子可以是可行的生物炎的线索。但要肯定的是,本集团必须排除任何可能由生活中的任何东西产生的任何可能。To do this, they spent the last several years running many species of phosphorous, phosphine’s essential building block, through an exhaustive, theoretical analysis of chemical pathways, under increasingly extreme scenarios, to see whether phosphorous could turn into phosphine in any abiotic (meaning non-life-generating) way.

膦是由一种磷和三种氢原子制成的分子,其通常不喜欢聚集在一起。它需要大量的能量,例如在木星和土星内的极端环境中,以足够的力量粉碎原子以克服他们的自然厌恶。研究人员制定了在地球上多种情景中涉及的化学途径和热力学,以了解它们是否可以产生足够的能量以将磷转化为磷油。

“在某些时候,我们正在看起来越来越有理相容的机制,就像一个构造板块互相摩擦,你能得到一个等离子体发出生成膦的火花?或者,如果闪电击中有磷的地方,或者流星有磷含量,它可能会产生磷化膦的影响吗?我们经历了几年的这个过程来弄清楚,除了生活可以是可检测量的膦。“

膦膦,他们发现,没有显着的误报,意味着任何膦的检测都是肯定的生命迹象。然后,研究人员探索了在外产的大气中可以检测到分子。它们模拟了两种类型的理想化,贫穷,陆地外部的大气压:富含氢和富含二氧化碳的大气压。他们喂入模拟不同的膦生产率,并推断给定的气氛光谱的光谱看起来像一定的膦生产速率。

他们发现,如果在当今地球上产生的甲烷的量相当于相当于相当于甲烷的量的相对较小的量,它将在大气中产生一个信号,这可以通过先进的天文台(如即将到来的James Webb Space Telescope)来检测如果这个星球在5个Parsec中,或者从地球的大约16个轻微的岁月中 - 可能覆盖着众多星星的空间,可能是托管岩石行星。

Sousa-Silva说,除了将磷化氢作为寻找外星生命的可行生物签名之外,该小组的研究结果为研究人员提供了一个管道或过程,以确定其他16000个候选生物签名的特征。

“我认为社区需要投入将这些候选人过滤到某种优先事项中,”她说。“即使这些分子中的一些是真正暗淡的信标,如果我们可以确定只有生命可以发出该信号,那么我觉得这是一个金矿。”

参考文献:《磷化气作为系外行星大气中的生物特征气体》,作者:Clara Sousa-Silva、Sara Seager、Sukrit Ranjan、Janusz Jurand Petkowski、Zhan Zhuchang、Hu Renyu和William Bains, 2019年11月22日,天体学yabo124
DOI:10.1089 / AST.2018.1954

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