Жёлтые, оранжевые, розовые: спектры микробов из атмосферы станут картой для поиска внеземной жизни

На высотах до 38 километров, там, где небо кажется совершенно безжизненным, обитают удивительные микроорганизмы. Эти невидимые невооружённым глазом обитатели атмосферы вырабатывают яркие пигменты для защиты от ультрафиолетового излучения, и именно их цвет может стать ключом к поиску жизни на других планетах.

В верхних слоях атмосферы Земли учёные обнаружили разнообразные сообщества микробов, концентрация которых достигает 100 000 особей на кубический метр. Эти организмы не просто выживают в суровых условиях — они активно участвуют в формировании облаков, играя важную роль в земной климатической системе.

Как изучали атмосферных микробов

Исследовательская группа под руководством Лигии Коэльо из Корнеллского университета провела уникальный эксперимент. Они культивировали микроорганизмы, собранные на высоте от 3 до 38 километров над поверхностью Земли. Для сбора образцов использовался гелиевый шар со специальными липкими стержнями, который поднялся в стратосферу.

Затем учёные измерили спектры отражения пигментов, которые производят эти микробы. Оказалось, что высокогорные микроорганизмы создают целую палитру цветов — от жёлтого и оранжевого до розового. Такую окраску им придают каротиноидные пигменты, подобные бета-каротину, который содержится в моркови.

"Биопигменты — это мощный и удивительно универсальный биосигнал", — говорит Лигия Коэльо.

Новый подход к поиску внеземной жизни

До сих пор астрономы, ищущие признаки жизни на экзопланетах, в основном анализировали химический состав атмосферы — наличие кислорода, метана и других газов, которые могут производиться живыми организмами. Также они искали признаки хлорофилла на поверхности планет.

Облака на экзопланетах традиционно считались помехой, поскольку они скрывают как атмосферные, так и поверхностные биосигнатуры. Однако новое исследование предлагает принципиально иной подход: сами облака могут быть средой обитания жизни, которую можно обнаружить по характерным спектральным сигнатурам.

"Впервые у нас есть реальные спектры отражения пигментированных микроорганизмов из атмосферы, которые можно использовать в качестве справочных данных для моделирования и обнаружения жизни в облаках", — объясняет Коэльо.

А что если…

Если жизнь действительно существует в облаках других планет, то сколько миров, считавшихся безжизненными, могут оказаться обитаемыми? Венера с её плотными облачными слоями или газовые гиганты с их обширными атмосферами могут скрывать целые экосистемы, основанные на парящих в воздухе микроорганизмах.

Сравнительная таблица: методы поиска внеземной жизни

Три факта о жизни в атмосфере

1. Атмосферные микробы способны выживать при экстремально низких температурах и высоком уровне ультрафиолетового излучения.

2. Каротиноидные пигменты защищают микроорганизмы от повреждения ДНК ультрафиолетовыми лучами.

3. Концентрация микробов в земной атмосфере пока слишком мала для обнаружения с помощью современных телескопов.

Практические перспективы и ограничения

Для реализации нового метода поиска жизни потребуются более совершенные телескопы, такие как предлагаемая NASA обсерватория "Обитаемые миры". Однако даже с такими инструментами учёным потребуется обнаружить очень высокую концентрацию микроорганизмов.

"Концентрация этих микроорганизмов в атмосфере Земли значительно ниже современных порогов обнаружения", — признаёт Коэльо.

Нам потребуется плотность микробных клеток, сопоставимая с той, что обнаруживается при цветении океанических водорослей.

Исторический контекст

Идея поиска жизни по биопигментам имеет глубокие корни в астробиологии. Ещё в 1960-х годах учёные предполагали, что растительность на других планетах может иметь иную окраску, чем земная зелень, в зависимости от типа звезды и атмосферных условий. Однако до недавнего времени основное внимание уделялось поиску жизни на поверхности планет. Открытие разнообразных экстремофилов на Земле — организмов, живущих в кипящих источниках, подледниковых озёрах и глубоководных гидротермальных жерлах — расширило представления о возможных местах обитания жизни.

Исследование атмосферных микробов знаменует новый этап в этом направлении, перенося поиск жизни в третье измерение — атмосферу планет. Это особенно актуально для таких миров, как Венера, где условия на поверхности крайне сложны, но в облачном слое могут существовать более благоприятные температуры и давление. Разработка методов обнаружения жизни по спектральным сигнатурам биопигментов открывает новые горизонты в исследовании обитаемости экзопланет.