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クリストファーチバは、NASA宇宙生物学研究所のSETI研究所主任チームの主任研究員です。チバは以前、SETI研究所の宇宙生命研究センターを率いていました。彼のNAIチームは、地球上での生命の始まりと他の世界での生命の可能性の両方に注目して、幅広い研究活動を行っています。 Astrobiology Magazineの編集長であるHenry Bortmanは、最近、地球の大気中の酸素の起源と重要性を探究する彼のチームのプロジェクトのいくつかについて、チバと話しました。
宇宙生物学マガジン： チームのメンバーが取り組むプロジェクトの多くは、地球の大気中の酸素に関係しています。今日、酸素は私たちが呼吸する空気の重要な成分です。しかし、初期の地球では、大気中の酸素はほとんどありませんでした。惑星の大気がいつどのように酸素化されたかについては、多くの議論があります。チームの調査がこの質問にどのように取り組むかを説明できますか？
クリストファー・チバ： おそらくおなじみの通常の話は、酸素の光合成が進化した後、初期の地球には巨大な生物学的酸素源があったということです。それが通常の見方です。それは正しいかもしれませんし、これらの種類の議論で通常当てはまるのは、ある効果が正しいかどうかではありません。おそらく多くの効果が活発でした。これは、主要な効果は何か、または同等の重要性を持ついくつかの効果があったかどうかの問題です。
SETI研究所の研究者であるフリーデマンフロイントは、酸素の上昇について完全に非生物学的な仮説を立てています。これは、彼が行った実験室の研究からの実験的なサポートがあります。仮説は、岩がマグマから固まるとき、それらは少量の水を組み込んでいるというものです。冷却とその後の反応により、ペルオキシリンク（酸素原子とシリコン原子で構成される）と岩石内に水素分子が生成されます。
その後、火成岩が風化すると、ペルオキシ結合により過酸化水素が生成され、水と酸素に分解されます。したがって、これが正しければ、火成岩を風化させるだけで大気中に遊離酸素が発生します。そして、フリーデマンが最初の実験でよく制御された状況で岩から放出できる酸素の量のいくつかを見ると、これは初期の地球の実質的かつ重要な酸素源だったのかもしれません。
ですから、光合成とは別に、火のような活動と液体の水が利用できる地球のような世界には、一種の自然の酸素源があるかもしれません。これは、表面の酸化が、光合成が早い段階で起こるか、遅い段階で起こるかを問わず、予期されるものであることを示唆しています。 （もちろん、このタイミングは酸素シンクにも依存します。）私は、これをすべての仮説であることを強調します。より慎重に調査するためです。フリーデマンはこれまでパイロット実験のみを行っていました。
フリーデマンのアイデアの興味深い点の1つは、生物の進化とは完全に独立した惑星に重要な酸素源があるかもしれないことを示唆しています。したがって、世界の表面の酸化への自然な推進力があり、進化に続くすべての結果を伴う可能性があります。またはそうでないかもしれません。ポイントは、仕事をして見つけ出すことです。
フリードマンがNASAエームズリサーチセンターの微生物学者リンロスチャイルドと行う彼の研究のもう1つの要素は、風化した火成岩と酸素の生成に関連する環境で、それらの環境に住んでいる特定の微生物が酸素に富んだ環境に事前に適応することを可能にしたでしょう。彼らは微生物と協力して、その問題に取り組みます。
AM： エマバンクスは、土星の月タイタンの大気中の化学的相互作用を調べます。初期の地球の酸素の理解にどのように結びついていますか？
CC： エマは、世界の表面を酸化するのに重要であるかもしれない別の非生物的な方法を見ています。 Emmaは、量子力学レベルに至るまで、化学計算モデルを実行します。彼女はさまざまな状況でそれらを実行しますが、この提案に関連するのはヘイズの形成に関係しています。
タイタン、そしておそらく地球の初期の大気のモデルにもよりますが、上層大気ではメタンの重合（メタン分子がより大きな炭化水素鎖分子に結合したもの）があります。タイタンの大気は数パーセントのメタンです。それのほとんどすべては分子窒素です。太陽からの紫外線が当たっています。また、土星の磁気圏からの荷電粒子が衝突します。メタンCH4に作用するその効果は、メタンを分解し、より長鎖の炭化水素に重合することです。
メタンをより長い炭素鎖に重合し始めた場合、鎖に別の炭素を追加するたびに、水素を取り除く必要があります。たとえば、CH4（メタン）からC2H6（エタン）に移動するには、2つの水素を取り除く必要があります。水素は非常に軽い原子です。それがH2になったとしても、それは非常に軽い分子であり、その分子は地球の大気の上部から失われたのと同じように、タイタンの大気の上部から失われました。大気の上部から水素を放出すると、正味の効果は表面を酸化することです。つまり、世界の表面の正味の酸化をもたらすもう1つの方法です。
Emmaは、主にタイタンで行われることに関してこれに関心があります。しかし、それはまた、初期の地球の一種の地球規模の酸化メカニズムとして関連する可能性もあります。そして、窒素を写真に取り入れて、彼女はこれらの条件からのアミノ酸の潜在的な生産に興味があります。
AM： 地球の初期の生命に関する謎の1つは、オゾンシールドを提供するのに十分な酸素が大気中に存在する前に、それが紫外線（UV）放射の有害な影響をどのように生き残ったかです。ジャニスビショップ、ナタリーカブロール、エドモンドグリンは、すべてSETI研究所に所属しており、これらの戦略のいくつかを模索しています。
CC： そして、そこには多くの潜在的な戦略があります。 1つは、陸であろうと海であろうと、水面下の十分に深いところにあり、完全にシールドされています。もう1つは、水自体の中のミネラルによって保護されることです。 JaniceとLynn Rothschildは、一種のUVシールドとしての水中の酸化第二鉄ミネラルの役割を調査しているプロジェクトに取り組んでいます。
酸素がない場合、水中の鉄は酸化第二鉄として存在します。 （酸素が増えると、鉄はさらに酸化し、鉄分になって脱落します。）酸化第二鉄は、初期の海、または初期の池や湖で紫外線シールドの役割を果たした可能性があります。潜在的なUVシールドとしてどの程度優れているかを調査するために、イエローストーンなどの自然環境での測定を含め、いくつかの測定を行うことができます。そして再び、リンの関与により、作業には微生物学的要素があります。
これは、ナタリー・キャブロールとエドモンド・グリンが別の視点から追求しているプロジェクトに関連しています。ナタリーとエドモンドは火星にとても興味があります。どちらも火星探査ローバーの科学チームに所属しています。火星での作業に加えて、ナタリーとエドモンドは、火星のアナログサイトとして地球上の環境を探索します。調査のトピックの1つは、高UV環境での生存戦略です。リカンカブール（アンデス山脈の休火山）の上に6 kmの湖があります。私たちは今、その湖に微視的な生命があることを知っています。また、高UV環境で生き残るための戦略について教えてください。そして、それは、地球の初期に存在していた高UV環境で生命がどのように生き残ったのかというこの疑問に取り組むための、非常に経験的な別の方法です。
これらの4つのプロジェクトは、地球の初期の酸素の上昇、大気中に大量の酸素が存在する前に生物がどのように生き残ったか、そしてこれらすべてが火星とどのように関係しているかに関係しているため、すべて関連しています。
元のソース：Astrobiology Magazine
