فراتر از آب: کشف حیات فرازمینی نیازمند فسفر و نیتروژن است، نه فقط آب

چرا «سیاره‌های آب‌دار» لزوماً گزینه مناسبی برای حیات نیستند؟

دانشمندان در شکار نشانه‌های حیات، مدت‌ها آب را یکی از مهم‌ترین علامت‌ها می‌دانستند. منطق این موضوع ساده است: حیاتِ شناخته‌شده روی زمین بدون آب مایع دوام نمی‌آورد و اکسیژن هم برای بسیاری از شکل‌های زندگی آشنا، حیاتی است. با این حال، گروهی از متخصصان تاکید می‌کنند که تمرکز صرف بر سیاره‌های غنی از آب می‌تواند مسیر را اشتباه ببرد، چون آب به‌تنهایی چیزی را تضمین نمی‌کند.

استدلال اصلی این است که حیات، آن‌طور که ما آن را می‌شناسیم، برای آغاز و ادامه، به مواد اولیه مشخصی نیاز دارد. دو مورد از کلیدی‌ترین‌ها فسفر و نیتروژن است. اگر سیاره‌ای اقیانوس داشته باشد، خشکی هم داشته باشد، اما این مواد در دسترس نباشند، حیات شکل نمی‌گیرد یا دست‌کم آن نوع حیاتی که برای ما قابل تصور است.

دکتر کریگ والتون از ETH زوریخ، نویسنده اصلی پژوهش، می‌گوید ممکن است سیاره‌ای ظاهراً عالی به نظر برسد، اما «هیچ حیاتی در آن نیست و هرگز هم نخواهد بود» چون عناصر ضروری تقریباً وجود ندارند.

نقش فسفر و نیتروژن و «منطقه گُلدیلاکس شیمیایی»

پژوهشگران می‌گویند بدون فسفر و نیتروژن، حیات ساخته نمی‌شود؛ حتی در حضور آب فراوان. فسفر برای ساخت DNA و RNA لازم است؛ مولکول‌هایی که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره و منتقل می‌کنند. نیتروژن هم بخش ضروری پروتئین‌هاست؛ همان مواد پایه‌ای که سلول‌ها را می‌سازند و عملکردشان را جلو می‌برند. به همین دلیل، وجود این دو عنصر، شرط اصلی برای «امکان شروع حیات» معرفی می‌شود.

اما مهم این است که این عناصر در کجا قرار می‌گیرند؛ در سطح و پوسته سیاره که در دسترس فرایندهای زیستی باشد، یا در عمق و هسته که دسترسی به آن عملاً ناممکن است. پژوهشگران توضیح می‌دهند که حیات تنها روی دنیاهایی می‌تواند شکل بگیرد که در «منطقه گُلدیلاکس شیمیایی» قرار دارند؛ یعنی جایی که مقدار فسفر و نیتروژن در گوشته سنگی سیاره، دقیق و مناسب باشد.

تعادل اکسیژن و سرنوشت عناصر حیاتی

بر اساس توضیح پژوهشگران، سرنوشت فسفر و نیتروژن به چیزی وابسته است که آن را «تعادل اکسیژن» در لحظه شکل‌گیری سیاره می‌نامند؛ نه اکسیژن موجود در جو، بلکه میزان اکسیژن در کل ترکیب سیاره. زمانی که سیارات از سنگ‌های گداخته سرد می‌شوند، یک فرایند جداسازی رخ می‌دهد؛ عناصر سنگین مثل آهن به سمت هسته فرو می‌روند و عناصر سبک‌تر به سطح می‌آیند و گوشته و پوسته را شکل می‌دهند.

• اکسیژن بیش از حد: فسفر در گوشته قفل شده و نیتروژن به سمت جو رانده می‌شود و ممکن است به فضا از دست برود.
• اکسیژن خیلی کم: فسفر با عناصر سنگین پیوند می‌خورد و همراه آن‌ها به هسته کشیده می‌شود.

نتیجه این است که مواد مغذی حیاتی یا از سطح دور می‌شوند یا به شکل‌هایی در می‌آیند که دیگر برای شروع حیات قابل استفاده نیستند.

دکتر والتون می‌گوید داشتن اکسیژن خیلی زیاد یا خیلی کم در «کل سیاره» باعث می‌شود سیاره برای حیات مناسب نباشد، چون مواد کلیدی در هسته گیر می‌افتند و چیزی برای سطح باقی نمی‌ماند.

پژوهشگران با مدل‌سازی عددی نشان داده‌اند که یک بازه بسیار باریک وجود دارد که در آن اکسیژن دقیقاً به اندازه‌ای است که هم فسفر و هم نیتروژن در گوشته به مقدار کافی باقی بمانند. به زبان ساده، سیاره باید از نظر شیمیایی، دقیقاً در نقطه درست متولد شده باشد.

زمین و مریخ در این تصویر جدید

پژوهشگران می‌گویند زمین با یک خوش‌شانسی عجیب، درست در «منطقه گلدیلاکس» قرار گرفته است و همین باعث شده تعادل لازم برای در دسترس بودن مواد کلیدی ایجاد شود. اما همین نتیجه، یک پیام نه‌چندان دلگرم‌کننده هم دارد: شاید دنیاهای قابل سکونت بسیار کمیاب‌تر از چیزی باشند که اخترشناسان قبلاً تصور می‌کردند.

• دکتر والتون پیشنهاد می‌کند ممکن است تعداد سیارات قابل زیست فقط یک تا ۱۰ درصد مقدار برآوردهای قبلی باشد.
• وجود اکسیژن زیاد که امروز معمولاً به‌عنوان نشانه مناسب بودن یک دنیا برای زندگی تلقی می‌شود، می‌تواند برعکس عمل کند.

این یافته‌ها حتی برای حیات روی مریخ هم نکته‌هایی دارد. مریخ کمی بیرون از منطقه گلدیلاکس شیمیایی قرار دارد. از نظر شرایط شکل‌گیری، مریخ احتمالاً فسفر بیشتری دارد که می‌تواند رشد غذا را ساده‌تر کند، اما مواد شیمیایی دیگری سطح خاک را با نمک‌های تند و سخت آلوده می‌کند. همچنین سطح مریخ از نظر نیتروژن بسیار فقیرتر است و همین آن را برای حیات، به‌خصوص حیات مشابه زمین، نامناسب می‌کند.

آینده جست‌وجوی حیات فرازمینی

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند جست‌وجوی حیات فرازمینی باید بیشتر روی ترکیب شیمیایی سیاره‌های فراخورشیدی متمرکز شود. اندازه‌گیری مستقیم این ترکیب دشوار است، اما می‌توان با بررسی نوع ستاره میزبان سرنخ گرفت؛ چراکه سیارات عمدتاً از همان مواد اولیه‌ای ساخته می‌شوند که ستاره میزبانشان از آن شکل گرفته است. بنابراین منظومه‌هایی با ستاره‌های شبیه خورشید، برای جست‌وجوی حیات مناسب‌تر معرفی می‌شوند.