Venuksesta on löydetty mahdollisesti elämän olemassaoloon viittaava molekyyli

 14. syyskuuta 2020

eso2015fi / Pasi Nurmi — Tutkimustiedote

Kansainvälinen tähtitieteilijöiden ryhmä ilmoitti tänään löytäneensä Venuksen pilvistä harvinaisen fosfiini molekyylin. Maapallolla tätä kaasua syntyy vain teollisesti tai hapettomissa ympäristöissä viihtyvien mikrobien tuottamana. Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenien ajan spekuloineet, että Venuksen korkealla olevat pilvet voisivat toimia mikrobien asuinpaikkana, jossa ne ovat kaukana kuumasta pinnasta, mutta pystyvät sietämään pilvien erittäin suurta happamuutta. Fosfiinin havaitseminen voisi viitata tällaiseen Maan ulkopuoliseen pilvissä leijuvaan elämään.

Venuksen ilmakehästä on havaittu fosfiinia. Kuva ESO.

”Kun näimme ensimmäiset merkit fosfiinista Venuksen spektrissä, se oli shokki!”, tutkimusryhmän johtaja Jane Greaves Cardiffin yliopistosta Britanniasta sanoi. Hän oli ensimmäinen, joka havaitsi merkkejä fosfiinista James Clerk Maxwell teleskoopilla (JCMT) tehdystä havainnoista. Teleskooppia operoi Itä-Aasian observatorio Havaijilla. Löytö vahvistettiin 45 antennin Chilessä sijaitsevalla Atacama Large Millimetri/submillimetri Array (ALMA) havaintolaiteella, joka on James Clerk Maxwell teleskooppia herkempi havaintoilaite. Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on yksi ALMA:n kumppaneista. Molemmat tutkimusyksiköt havaitsivat Venusta noin 1 millimetrin aallonpituudella. Vain korkealla vuoristoissa tai ylätasangoilla sijaitsevat teleskoopit pystyvät havaitsemaan tällä aallonpituudella tehokkaasti.

Kansainvälinen tutkimusryhmä, johon kuuluu tutkijoita Britanniasta, Yhdysvalloista ja Japanista, arvioi, että fosfiinia esiintyy Venuksen pilvissä pienenä pitoisuutena, joka vastaa vain noin kahtakymmentä molekyyliä miljardissa molekyylissä. Havaintojen jälkeen he tekivät laskelmia nähdäkseen, voisiko tämä määrä olla peräisin luonnollisista planeetan ei-biologisista prosesseista. Joitakin selvitettyjä tekijöitä olivat auringonvalo, pinnalta ylöspäin siirtyvät mineraalit, tulivuoret tai salamointi, mutta mikään näistä ei voinut tuottaa lähellekään tarpeeksi fosfiinia. Näiden ei-biologisten lähteiden havaittiin saavan aikaan korkeintaan kymmenestuhannesosan siitä fosfiinimäärästä, jonka teleskoopit näkivät.

Fosfiinin kulkeutuminen yläilmakheään. Kuva ESO.

Tuottaakseen Venuksessa havaitun määrän fosfiinia (joka koostuu vedystä ja fosforista) maanpäällisten organismien olisi tuotettava kaasua vain noin 10 % niiden maksimaalisesta tuottavuudesta. Maan bakteerien tiedetään tuottavan fosfiinia. Ne ottavat mineraaleista tai biologisesta materiaalista fosfaattia, lisäävät vetyä ja lopulta tuottavat fosfiinia. Venuksen mahdolliset organismit olisivat luultavasti hyvin erilaisia kuin serkkunsa Maassa, mutta nekin voisivat olla kaasukehässä havaitun fosfiinin lähteenä.

Vaikka fosfiinin löytyminen Venuksen pilvistä tuli yllätyksenä, tutkijat ovat varmoja havainnostaan. ”Olimme helpottuneita, kun Venus oli sopivassa kulmassa Maahan nähden hyville ALMA:n seurantahavainnoille. Tietojen jatkokäsittely oli tosin hankalaa, sillä ALMA:a ei yleensä käytetä hienovaraisten tekijöiden löytämiseksi hyvin kirkkaista kohteista kuten Venuksesta", tutkimusryhmän jäsen Anita Richards Britannian ALMA-aluekeskuksesta ja Manchesterin yliopistosta kertoi. ”Lopulta huomasimme, että molemmissa observatorioissa oli nähty sama asia, eli säteilyn heikko absorptio oikealla fosfiinikaasun aallonpituudella, missä fosfiinin alapuolella olevat lämpimämmät pilvet taustavalaisevat molekyylejä”, lisäsi Greaves, joka johti tänään Nature Astronomy-lehdessä julkaistua tutkimusta.

Fosfiinin spektriviiva löytyi radiotaajuuksilla. Kuvan taustana havainnekuva siitä, kuinka ALMA näkee Venuksen alimillimetriaalloilla. Kuva ESO.

Tutkimusryhmän jäsen Clara Sousa Silva yhdysvaltalaisesta Massachusetts Institute of Technologysta, on tutkinut fosfiinia ”elämänmerkki”-kaasuna muiden tähtien ympärillä olevien planeettojen ei-happea käyttävien elämänmuotojen etsimiseksi. Tämä sopii tähän tarkoitukseen hyvin, koska normaali kemia tekee fosfiinia niin vähän. Hän kommentoi: ”Fosfiinin löytäminen Venuksella oli odottamaton bonus! Löytö nostaa esille monia kysymyksiä, kuten miten mitkään eliöt voisivat selvitä Venuksella hengissä. Maapallolla jotkin mikrobit selviävät ympäristössä, jossa happopitoisuus on jopa noin 5 %, mutta Venuksen pilvet koostuvat lähes yksinomaan haposta”.

Tutkimusryhmä uskoo, että heidän löytönsä on merkittävä, koska he voivat sulkea pois monia vaihtoehtoisia tapoja fosfiinin tuottamiseksi. He tunnustavat kuitenkin, että ”elämän” olemassaolon vahvistaminen vaatii paljon enemmän työtä. Vaikka Venuksen korkeissa pilvissä on jopa miellyttävä 30 celsiusasteen lämpötila, niin ne ovat uskomattoman happamia. Pilvissä on noin 90 % rikkihappoa, joka aiheuttaa suuria vaikeuksia kaikille mikrobeille, jotka yrittävät siellä selvitä.

ESO:n tähtitieteilijä ja ALMA:n Euroopan operaatioiden manageri Leonardo Testi, joka ei osallistunut tähän uuteen tutkimukseen, sanoi: ”Fosfiinin ei-biologista alkuperää oleva tuotanto Venuksella voidaan poissulkea perustuen nykyiseen käsitykseemme kivisten planeettojen ilmakehässä tapahtuvasta fosfiinikemiasta. Venuksen ilmakehässä olevan elämän olemassaolon vahvistaminen olisi suuri läpimurto astrobiologialle. Siten tämän jatkoksi on tärkeää tehdä lisää teoreettista ja havaintoihin perustuvaa tutkimusta, joilla voidaan poissulkea se mahdollisuus, että kiviplaneetoilla fosfiinilla voi olla erilainen kemiallinen alkuperä kuin Maassa”.

Lisähavainnot Venuksesta ja aurinkokuntamme ulkopuolisista kivisistä planeetoista ESO:n tulevan Erittäin suuren teleskoopin (Extremely Large Telescope) ja muiden teleskooppien avulla voivat auttaa keräämään tietoa fosfiinin alkuperästä, sekä etsimään elämän merkkejä Maan ulkopuolelta.

 

Venus valokuvattiin ensimmäisen kerran Mariner 10 luotaimella. Kuva NASA.

Kommentti

Avaruusmagasiini pyysi tuoreeltaan kommentin uutisesta Turun Yliopistossa työskentelevältä molekulaarisen kasvibiologian dosentilta FT Kirsi Lehdolta, joka tunnetaan myös astrobiologina ja Ursan (2019) julkaiseman kirjan Astrobiologia kirjoittajana. Kirsi kommentoi näin:

”Olen nähnyt uutisen, mutta en ole lukenut varsinaista tutkimusta. En siis vielä tiedä millä (tutkijat) perustelevat sitä olettamusta, että fosfiinia ei voisi syntyä abioottisesti, siis suoraan spontaanien mineraalisten reaktioiden kautta. Alkuaine fosfori on hyvin reaktiivista ja reagoi esim. veden tai NaOH:n kanssa ja tuottaa fosfiinia. Elämän kannalta tämä olisi hyvin suotava aina, sillä erilaiset pelkistyneet fosforiyhdisteet olisivat erittäin suotuisia ja liukoisia lähtöaineita elämän synnyn reaktioille. Niitä ei enää löydä maan pinnalta, koska ne välittömästi hapettuvat hapellisessa ympäristössä, mutta alun perin, nuorella Maalla, sen kuumissa ja hapettomissa olosuhteissa olisi hyvin voinut olla.

Mutta joka tapauksessa: Fosfiini ei missään tapauksessa edusta mitään elävää. Olisipahan vain yksi hyvä lähtöaine elämän syntyyn -- mutta jo muutenkin tiedetään, että jonkinlaisia pelkistyneitä fosforituotteita (esim. schreibersiittia, jossa fosforin pelkistysaste on sama kuin fosfiinissa) on tullut tänne ainakin meteoriittien mukana. Siis, ei ollut kovinkaan yllättävää, että sitä on olemassa myös Venuksen kuumissa/energiarikkaissa ja hapettomissa oloissa.”

 

Avaruusmagasiinin kommentti: Fosfiini ei ole aivan niin harvinainen elottomilla planeetoilla kuin mitä artikkelissa annetaan ymmärtää. Jupiterin ilmakehästä on myös havaittu fosfiinin spektri ja siellä sen ainoa syntytapa on epäorgaaninen. Näin ollen fosfiinin ja mahdollisen mikrobielämän yhdistäminen samaan artikkeliin ei edusta kovinkaan hyvää tieteellisen julkaisutoiminnan periaatteita. Joka tapauksessa lisää vertaisarvioituja tutkimuksia täytyy tehdä ja tulevaisuudessa varmastikin Venukseen lähetetään tutkimusluotaimia, jotka kykenevät toimimaan myös Venuksen ilmakehän yläosassa. Venuksen ilmakehä on tiheä ja noin 50 – 60 km korkeudella ilmanpaine ja lämpötila on suunnilleen sama kuin maanpinnalla. 

 

Kirjauutuus: Astrobiologia

Kirsi Lehto

Astrobiologia – Elämän edellytyksiä etsimässä

Ursa 2019

ISBN 978-952-5985-66-5

Viimevuosina Marsia tai eksoplaneettoja koskettelevissa tutkimusuutisissa on säännönmukaisesti yleensä viitattu tai arvioitu elämän esiintymistä planeetalla. Itse uutisessa ei useinkaan ole tuotu esille sellaisia havaintoja, jotka viittaisivat elämän esiintymiseen tutkimuskohteessa. Elämän mahdollisuuteen viittaamalla pyritään saamaan muutoin niin pitkästyttävän kuivasta raportista trendikäs ja mielenkiintoinen uutinen. Kyse on astrobiologian viime vuosien kokemasta noususta trendikkääksi tutkimus- ja ennen kaikkea uutisaiheeksi.

Mitä sitten astrobiologia oikeastaan on? Astrobiologian tutkija Kirsi Lehto (Turun yliopisto) on tarttunut aiheeseen ja kirjoittanut kirjan Astrobiologia, jossa hän selventää tutkimuksen perusperiaatteita ja erityisesti päivittää lukijoittensa tiedot siitä, mitä elämän synnystä tiedetään. Kyse ei kuitenkaan ole astrobiologian oppikirjasta vaan kiehtovasti kerrotusta elämän tarinasta maapallolla sellaisena ja siinä määrin kuin siitä nykyisin tiedetään. Kyseessä ei siis ole koko totuus asiasta, sillä aiheen tutkimus on oikeastaan vasta alussa ja monia yksityiskohtia on vielä selitystä tai kuvausta vailla.

Kirsi Lehdon lähtökohtana on siis selventää niitä astrobiologian ongelmakohtia, joihin tutkijat törmäävät omissa tutkimuksissaan. Koska tunnemme vain yhden elämän synnyn (omamme), on luonnollista ottaa se käsittelyyn niin tarkasti kuin se tämän tyyppisessä kirjassa on mahdollista. Lehto kuljettaa lukijansa läpi vuosimiljardien aina maapallon synnystä alkaen ja päätyen tähän päivään ja ehkä hieman viitaten myös tulevaan.

Matka on kiehtova, kirjaa lukiessa voi melkein nähdä kemiallisen evoluution käynnistyvä, aminohappojen syntyvän ja niiden muodostuvan ensin RNA-ketjuksi ja myöhemmin DNAksi. Matkan aikana syntyvät ensimmäiset solut, joista myöhemmin tulee monisoluisia alkeellisia eliöitä, alkeellista elämään ja kuinka se vaikuttaa maapallon ilmakehään ja ilmastoon. Matka on pitkä ja hidas kunnes muutama sata miljoona vuotta sitten tapahtui jotakin, joka suorastaan räjäytti evoluution ja elämän valtasi maapallon mitä moninaisemmissa muodoissaan.

Kirjassa pohditaan ja viitataan myös eksoplaneettojen ja avaruuden muukalaisten mahdolliseen olemassaoloon. Jos saisimme viestin avaruudesta, olisiko siihen järkevää vastata vai olla hyvin hiljaa? Vastausta kysymykseen Lehto ei anna, pohtii vain. Mutta miksi emme ole tällaista viestiä vastaanottaneet? Vai onko niin, että emme yksinkertaisesti tunnista toisenlaista elämänmuotoa elämäksi, tai avaruuden muukalaiset eivät ole kiinnostuneet kommunikoimaan muiden mahdollisten teknisten kulttuurien kanssa. Lehto ei kirjassaan kovinkaan paljo näille kysymyksille tilaa anna, kunhan vain hieman viittaa näihin avoimiin kysymyksiin. Vai olemmeko sittenkin yksin tai ensimmäiset?

Astrobiologia kirja on kiinnostavaa luettavaa niin laiturin nokassa tai riippumatossa luettavaksi.

Kari A. Kuure

Kirjauutuus: Kopernikuskompleksi

Caleb Scharf

Kopernikuskompleksi

Suomennos Tuukka Perhoniemi

Nid. 288 sivua

ISBN 978-952-5985-32-0

Caleb Scharfin Korpenikuskompleksi-kirjan pääkysymys on se, että onko maailmankaikkeus virittynyt juuri ihmistä varten? Kysymys on tietysti hyvin luonnollinen, sillä jos maailmankaikkeutemme ominaisuudet (so. Luonnon perusvoimat) olisivat hiemankin toisenlaisia, emme olisi asiaa ihmettelemässä. Kysymys sinällään ei ole uusi, sillä sen ovat lukuista tutkijat ja tieteen popularisoijat esittäneet omissa teoksissaan.

Olemme selvästikin oman maailmankaikkeutemme tuotos mutta olemmeko yksin? Onko jossakin muualla, esimerkiksi toisessa galaksissa älyllisiä olentoja? Vastausta tähän kysymykseen Scharf ei anna, vaan hän käsittelee kirjassaan mitä edellytyksiä elämän ja älyllisten olentojen ilmaantuminen maailmankaikkeuteen edellyttää.

Caleb Scharf on Columbia yliopiston astrobiologian professori, joten aihepiiri on hänelle tuttu. Se näkyy kirjan tekstissä: asiaa käsitellään perusteellisesti niin historiallisesti kuin teknisesti. Vaikka Scharf on kokenut popularisoija, jostakin syystä teksti tuntuu hieman raskaalta luettavalta, itse en ainakaan imenyt tekstiä niin, että takakansi olisi tullut yllättäen vastaan. Mutta tämä oli vain minun lukukokemukseni!

Jos olet kiinnostunut eksoplaneetoista ja muista astrobiologiaan läheisesti liittyvistä kysymyksistä, tämä kirja on varmasti lukemisen arvoinen, onhan se valittu The Sundayn Times -lehden vuoden tiedekirjaksi.

Kari A. Kuure

Astrobiologiaa

JUICE-luotain taiteilijan tulkintana
Jupiterin kiertoradalla. Kuva ESA.

Astrobiologia on suhteellisen uusi tieteenala. Alan tutkijat pyrkivät löytämään menetelmiä, joiden avulla pystyttäisiin päättelemään elämän (olipa se millaista tahansa) esiintymistä maapallomme ulkopuolelta. Tämä lisäksi astrobiologit etsivät "outoa elämää" maapallolta. Outo elämä olisi jotain sellaista, mitä aikaisemmin ei ole onnistuttu tunnistamaan ja se poikkeaisi selvästi maapallon muusta eliökunnasta. Määritelmät ovat aika laveat, mutta se on ymmärrettävää, koska emme tunne muita eliömuotoja kuin maapallolla esiintyvän.

Astrobiologit etsivät elämää esimerkiksi omasta aurinkokunnastamme: Täällä, omalla takapihallamme, saattaa elämää esiintyä Marsissa, mutta sen lisäksi Jupiteria kiertävien kuiden, Europa ja Ganymede, jäisen pinnana alla olevasta merestä. Onpa väläytetty mahdollisuutta, että jonkinlaista elämää voisi olla Saturnuksen Titan kuulla, jossa metaani ja etaani esiintyvät kaikissa olomuodoissa.

Tämä viimeisin vaihtoehto on mahdollinen vain hyvin tarkkojen kriteerien toteutuessa, ja käsittääkseni se on mukana listassa vain sen vuoksi, että emme halua sulkea pois mitään mahdollisuutta vaikka ne olisivat hyvinkin heppoisesti perusteltu. Veden voittanutta liuotinta kun ei ole, joten elämän etsiminen on järkevää aloittaa olosuhteista, jossa vesi voi esiintyä kaikissa kolmessa olomuodossaan.

Neljäs vaihtoehto elämän esiintymiselle on komeetat. Tai tarkemmin sanottuna ne voisivat kantaa mukanaan pitkää talviunta nukkuvia (elämän)itiöitä muista tähtikunnista. Ajatus ei ole uusi, sillä se tunnetaan Panspermia-hypoteesina. Perusteet tälle ajatukselle löytyvät meteoriiteista, joista on löydetty runsaasti monenlaisia aminohappoja, jotka ovat myös Maassa elämän rakennuspalikoita.

Yhdysvallat (Nasa) yhdessä Euroopan avaruusjärjestön (ESA) kansa on rakentamassa JUICE-luotainta, jonka tarkoituksena on etsiä elämän merkkejä Europan ja Ganymedeen jäisen pinnan alta. Luotain laukaistaan pitkälle matkalleen vuonna 2022 ja perille se saapuu vasta 2030. Luotain asettuu aluksi kolmeksi vuodeksi Jupiteria kiertävälle radalla, josta se voi tehdä havaintoja koko Jupiterin järjestelmästä. Jos laitteistot ovat säilyneet toimintakuntoisina, luotain asettuu tämän jälkeen Ganymedea kiertävälle radalle.

Molemmilla kuilla (Europa ja Ganymede)on jäisen pintansa alla nestemäistä, sähköä johtavaa ainetta. Aine on (suolaista)vettä, sillä mikään muu ei vastaa niitä mittaustuloksia, mitä on aikaisemmilla luotaintutkimuksilla saatu. Molemmat kuut kiertävät Jupiteria sen verran lähellä, että kuihin syntyy voimakas vuorovesivoima. Vuoksen ja luoteen vaihtelu kuumentaa kuiden ytimiä ja seurauksena voi olla vulkaanista toimintaa kiviytimen ulkokerroksissa.

Vulkaaninen toiminta valtamerien pohjassa merkitsee ainakin maapallolla ns. "mustien savuttajien" syntymistä. Mustat savuttajat ovat kuumia lähteitä, joista virtaa ympäristöön veden kriittisen lämpötilan saavuttanutta vettä. Superkuumentunut vesi tehostaa veden yleisliuottimen ominaisuutta ja niinpä kallioperän syvyyksistä nouseva vesi sisältää runsaasti siihen liuenneita mineraaleja. Mineraalit saostuvat nopeasti jouduttuaan kosketuksiin kylmän veden kanssa, muodostaen tummaa metalli- ja rikkipitoista sakkaa. Sakka muodostaa tornimaisia rakenteita purkausaukon ympärille.

Runsas metalli- ja rikkipitoisuus houkuttelee bakteereja luokseen. Ne käyttävät ravinnokseen sakan rikkiyhdisteet ja samalla muodostavat alueellisen ja hyvin eksoottisen ekoyhteisön tuottajaportaan. Valtava ravintovara ei tietystikään jää käyttämättä, vaan mikrobikanta toimii lyhyen mutta hyvin tehokkaasti toimivan ravintoketjun alulle panijana. Mustien savuttajien ympäristössä onkin hyvin monipuolista elämää putkimadoista aina kaloihin ja rapuihin asti.

Mustat savuttajat voivat olla arkipäivää Europalla ja Ganymedella. Ainakin termistä energiaa on riittävästi ja Io-kuun vulkaaninen aktiivisuus ja rikkipitoisuus osoittavat meille, että ei myöskään raaka-aineista ole pulaa. Tuoko JUICE merkittäviä todisteita elämästä muualla aurinkokunnassa kuin Maassa, jää nähtäväksi. Jos havainnot tukevat elämän esiintymistä, astrobiologia saa todella siivet alleen ja luultavasti 2030-luvulle tultaessa voidaan olettaa elämän merkkien löytymisen eksoplaneetoilta olevan mahdollista. Pannaan kuitenkin tässä vaiheessa vielä "jäitä hattuun" , sillä edelleenkään emme tunne muuta elämää kuin mitä maapalloa esiintyvä on.