חוצנים נושמי מימן עשויים להתקיים על כוכבי לכת, השונים למדי מכדור הארץ

זו מסקנתם של חוקרים מ-MIT שהצליחו לגדל חיידק (E-COLI) ושמר בסביבות המדמות אטמוספירת מימן 

מאת: ג’ניפר צ’ו, המכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס, 6 במאי 2020, תרגום: זיו עדאקי

מחקר חדש מציע שטלסקופים מהדור החדש יחפשו קודם כול אחר אטמוספרות עשירות במימן, משום שמימן עשוי להיות חתימה ביולוגית ממשית וקלה לזיהוי לקיומם של חיים.

בשנים הקרובות, כשטלסקופים חדשים ועוצמתיים יחלו לפעול, אסטרונומים יוכלו לכוון את טלסקופי-העל הללו לעבר כוכבי לכת שבקרבת מערכת השמש שלנו ולהתבונן באטמוספרות שלהם כדי לנתח את הרכבן ולחפש אחר סימנים לחיים מחוץ לכדור הארץ. אבל דמיינו לעצמכם שבחיפוש שלנו אכן נפגוש בחיים, אלא שלא נזהה אותם ככאלה.

אסטרונומים, ובהם שרה סיגר, מקווים שנצליח לחמוק מאפשרות כזאת. סיגר, פרופ’ למדעים פלנטריים, פיזיקה, אווירונאוטיקה ואסטרונאוטיקה במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס, מסתכלת מעבר להשקפת החיים ה”ארצית” ופורשת רשת רחבה יותר של סביבות שחיים עשויים להתקיים בהן.

במאמר שפורסם 6 במאי 2020 בכתב-העת Nature Astronomy, דיווחו סיגר ועמיתיה כי בניסויים שערכו במעבדה ראו שיְצוּרוֹנִים (מיקרואורגניזמים) יכולים לשרוד ולשגשג באטמוספרות המורכבות בעיקר ממימן – סביבה זו שונה מאוד מזו של כדור הארץ, העשירה בחנקן ובחמצן.

מימן הוא גז קל הרבה מחנקן ומחמצן כאחד, ואטמוספרה עשירה במימן היא רחבה הרבה מזו של כוכב לכת ארצי (סלעי). לכן, ייתכן שיהיה פשוט יותר לאתר ולחקור אותה באמצעות טלסקופים עוצמתיים, בהשוואה לכוכבי לכת שהאטמוספרה שלהם דחוסה יותר, כזו של כדור הארץ.

ממצאיה של סיגר, המראים שצורות חיים פשוטות עשויות לאכלס כוכבי לכת שלהם אטמוספרות עשירות במימן, מציעים שכשיחלו לפעול טלסקופים מהדור החדש, כגון טלסקופ החלל של נאס”א ג’יימס ווב, אסטרונומים ירצו, קודם כול, לתור אחר סימני חיים על כוכבי לכת שבהם מימן הוא המרכיב הראשי.

“יש מגוון של עולמות שעשויים להיות בהם חיים, ואנו הראינו שחיים שמקורם בכדור הארץ יכולים לשרוד באטמוספרות עשירות במימן,” אומרת סיגר. “עלינו להוסיף כוכבי לכת מסוג זה לתפריט האפשרויות שלנו כשאנו חושבים על חיים בעולמות אחרים ומחפשים אחריהם.” שותפיה של סיגר לכתיבת המאמר הם ג’ינגצ’נג הואנג (Jingcheng Huang), יאנוש פטקובסקי (Janusz Petkowski) ומיקל פג’וזלו (Mihkel Pajusalu).

אטמוספרות מתפתחות

בכדור הארץ הצעיר, לפני מיליארדי שנים, האטמוספרה היתה שונה למדי מהאוויר שאנו נושמים היום. בהיותו בחיתוליו, לא היה חמצן בכוכב הלכת שלנו, הוא היה מורכב מתערובת של גזים, ובהם פחמן דו-חמצני, מתאן ומעט מאוד מימן. ייתכן שגז מימן נשאר באטמוספרה מיליארדי שנים, עד שהתרחש מה שנקרא “אסון החמצן” וההצטברות ההדרגתית של חמצן. את מעט המימן שנותר על פני כדור הארץ היום צורכים מיני יצורונים קדומים, ובהם מתאנוגנים – יצורים שחיים באקלים קיצוני, למשל, עמוק מתחת לקרח או באדמת מדבר, הם זוללים מימן ופחמן דו-חמצני כדי לייצר מתאן.

מדענים חוקרים כל העת את פעילותם של מתאנוגנים, המגודלים בתנאי מעבדה בשמונים אחוזי מימן. אולם מעטים המחקרים שבוחנים את הסבילות של יצורונים אחרים לסביבה עשירה במימן.

“רצינו להראות שחיים שורדים ויכולים להתפתח באטמוספרה עשירה במימן,” אומרת סיגר.

מרחב מימני

צוות המחקר הביא אל המעבדה שני סוגים של יצורונים כדי לבחון את יכולת הקיום שלהם בסביבה של 100 אחוז מימן. הם בחרו בחיידק אישריכיה קולי (Escherichia coli, בקיצור: אי קולי) ובשמרים, אֵיקָרְיוֹט מורכב יותר, שטרם נחקר בסביבות שבהן מימן הוא המרכיב הראשי.

שני היצורונים הללו הם מודלים נפוצים שמדענים הרבו לחקור ולאפיין, דבר שסייע לצוות המחקר לעצב את ניסוייהם ולהבין את תוצאותיהם. יתר על כן, אי קולי ושמרים יכולים לשרוד עם חמצן ובלעדיו – יתרון נוסף בעבור החוקרים, שיכלו להכין את ניסוייהם באוויר הפתוח, לפני העברת שני סוגי היצורונים לסביבה עשירה במימן.

בניסויים, גידלו החוקרים בנפרד תרביות של שמרים ואי קולי, ואז הזריקו אותן לבקבוקים נפרדים, מילאו כל בקבוק ב”מרק” או במצע עשיר שיכול לשמש מזון ליצורונים. לאחר מכן, הוציאו את האוויר העשיר בחמצן מהבקבוקים ומילאו את המרחב הנותר ב-100 אחוז גז מימן. הבקבוקים הוצבו אז באינקובטור, שם הם הורעדו בעדינות ובהתמדה כדי לעודד ערבוב בין היצורונים למצע המזון.

בכל שעה, אסף חבר צוות דוגמאות מכל בקבוק וספר את היצורונים החיים. הבקבוקים נדגמו משך שמונים שעות. התוצאות שהתקבלו מציגות עקומת ריבוי קלסית: בתחילת הניסוי, מספרם של היצורונים עלה במהירות, הם ניזונו מן המצע ואכלסו את התרבית. בהמשך, מספרם התאזן. גודלה של האוכלוסייה, עודה משגשגת, נותר יציב, יצורונים חדשים החליפו את אלה שמתו.

סיגר מודה שביולוגים לא הופתעו מהתוצאות. יש לזכור, מימן הוא גז אינרטי, וככזה אין הוא רעיל. “לא מילאנו את המרחב ברעל,” מסבירה סיגר. “אבל צריך לראות כדי להאמין, נכון? אם איש מעולם לא בחן את היצורונים הללו, ובעיקר את האיקריוטים, בסביבה שרובה מימן, עלינו לבחון זאת כדי שנוכל להאמין בתוצאות.” נוסף על כך, סיגר מבהירה שמטרת הניסוי לא היתה לבחון אם היצורונים הללו יכולים להסתמך על מימן כמקור אנרגיה, אלא להראות שאטמוספרה המורכבת מ-100 אחוז מימן אינה פוגעת או הורגת צורות חיים מסוימות.

“אני לא חושבת שעלה על דעתם של אסטרונומים שעשויים להיות חיים בסביבה מימנית,” אומרת סיגר ומקווה שמחקרה יעורר שיח בין אסטרונומים לביולוגים, בעיקר כאשר החיפוש אחר כוכבי לכת שיש בהם חיים נכנס להילוך גבוה.

עולם מימני

בכלים שבידינו בזמן הזה, אסטרונומים אינם יכולים לערוך בחינה של ממש לאטמוספרות של כוכבי לכת ארציים קטנים. כוכבי הלכת המעטים, הקרובים, שאותם בחנו האסטרונומים, הם או חסרי אטמוספרה או קטנים מדי לזיהוי באמצעות הטלסקופים הקיימים. ובעוד מדענים משערים שכוכבי לכת אכן מטפחים אטמוספרות עשירות במימן, לשום טלסקופ הפועל היום אין את הרזולוציה הדרושה כדי לאתר אותם.

אולם, אם הדור הבא של מצפי הכוכבים אכן יוכלו לאתר עולמות ארציים שכאלה, שבהם אטמוספרה המורכבת בעיקר ממימן, ממצאי מחקרה של סיגר מצביעים על סיכוי שחיים מתפתחים בהם.

באשר לטבעו של כוכב לכת ארצי עשיר במימן, סיגר משווה בינו ובין הפסגה הגבוהה על פני כדור הארץ, הר אוורסט. למטפסי הרים שמנסים להעפיל לפסגה אוזל האוויר, בשל העובדה שצפיפות כל האטמוספרות צונחת באופן מעריכי ככל שעולים בגובה. הדבר בולט במיוחד באטמוספירת חנקן וחמצן כמו שלנו. לו העפילה מטפסת הרים אל פסגת הר אוורסט באטמוספרה שעיקרה מימן – גז קל פי 14 מחנקן – היתה יכולה לטפס גבוה פי 14 לפני שהיה האוויר אוזל.

“הדבר מורכב מעט להבנה, אבל הגז הקל הזה יוצר אטמוספרה נרחבת,” מסבירה סיגר “וככל שהאטמוספרה גדולה יותר בהשוואה לרקע השמש של כוכב הלכת, כך קל יותר לטלסקופ לזהותו.”

אם תהיה למדענים ההזדמנות לדגום כוכב לכת עשיר במימן מסוג זה, סיגר משערת שפני השטח שלו יהיו שונים מאלה של כדור הארץ שלנו, אבל לא בלתי מוכרים לחלוטין.

“אנו משערים שאם נקדח לתוך פני השטח, בוודאי יימצאו שם מינרלים עשירים במימן, ולא מינרלים עשירים בחמצן, וכן אוקיינוסים, משום שאנו מעריכים שנוזלים מסוג כשלהו הכרחיים לקיום כל סוג חיים שהוא, וככל הנראה, נוכל לראות שמים כחולים,” אומרת סיגר.

“אומנם לא חשבנו על כל המערכת האקולוגית כולה, אבל עולם כזה לא בהכרח יהיה שונה לחלוטין משלנו.”

• למאמר המדעי
• לידיעה באתר MIT