Szanse na istnienie w Drodze Mlecznej złożonego życia pozaziemkiego są skrajnie małe

Osobom, które liczą na to, że w przewidywalnej przyszłości ludzkość znajdzie poza Ziemią złożone formy życia, z pewnością nie spodoba się artykuł udostępniony właśnie w servisie arXiv. Jego autorzy, Joseph J. Soliz i William F. Welsh z Wydziału Astronomii San Diego State University uważają bowiem, że pojawienie się złożonego życia na planetach krążących wokół najbardziej rozpowszechnionego typu gwiazd, jest skrajnie mało prawdopodobne.

Naukowcy przyjrzeli się podobnej do Ziemi planecie TRAPPIS-1e, która krąży wokół gwiazdy typu widmowego M, TRAPPIST-1. Gwiazdy tego typu stanowią nawet 75% gwiazd w Drodze Mlecznej. Zatem to w ich otoczeniu powinna istnieć największa szansa na pojawienie się wielokomórkowego, a może i inteligentnego, życia. Jednak Soliz i Welsh studzą te nadzieje.

Uczeni zauważają, że około 2,3 miliarda lat temu na Ziemi doszło do katastrofy tlenowej. Poziom tlenu w atmosferze stał się na tyle duży, że zaszkodził organizmom beztlenowym, ale umożliwił rozwój organizmów korzystających z tlenu, co w konsekwencji doprowadziło do powstania złożonych form życia. Katastrofa została zapoczątkowana przez fotosyntezę tlenową, która pojawiła się około 700 milionów lat wcześniej. Jeśli więc założymy, że opóźnienie pomiędzy rozpoczęciem produkcji tlenu, a katastrofą tlenową jest proporcjonalne do tempa produkcji tlenu, można obliczyć, ile czasu musiałoby upłynąć, zanim na planecie identycznej z Ziemią, znajdującej się na orbicie TRAPPIST-1e pojawi się wystarczająca liczba tlenu.

Soliz i Welsh zauważają, że „Ziemia” TRAPPIST-1e otrzymałaby od gwiazdy TRAPPIST-1 zaledwie 0,9% promieniowania fotosyntetycznie czynnego (PAR), jakie ze Słońca dociera do Ziemi. Dzieje się tak, gdyż większość emisji z gwiazdy typu widmowego M znajduje się w długościach fali większych niż PAR (400–700 nm). Jeśli więc założymy, że produkcja tlenu jest proporcjonalna do liczby fotonów PAR, to do katastrofy tlenowej doszłoby tam po 63 miliardach lat, a do eksplozji kambryjskiej po 235 miliardach lat.

Jednak zakładanie zależności liniowej jest zbytnim  uproszczeniem. Trzeba pamiętać, że wraz ze wzrostem natężenia światła tempo fotosyntezy najpierw osiąga nasycenie, a następnie spada. To zjawisko hamowania fotosyntezy przy dużym natężeniu światła nazywane jest fotoinhibicją. Różni się ona między gatunkami i zależy od wielu czynników środowiskowych. Ponadto w przypadku tak czerwonych gwiazd jak typ widmowy M istnieje duża wrażliwość na górne zakresy PAR. A wydłużenie zakresu fal o zaledwie 50 nm zwiększa liczbę fotonów aż 2,5-krotnie. Jeśli więc weźmiemy pod uwagę te wszystkie czynniki, to czas do katastrofy tlenowej może ulec skróceniu do 1-5 miliardów lat, a do eksplozji kambryjskiej – do 4-13 miliardów lat.

Problem jednak w tym, że bakterie korzystające z fotosyntezy beztlenowej mogą bardzo dobrze funkcjonować w środowisku u bardzo niskim natężeniu światła i wykorzystywać fotony bliskiej podczerwieni aż do około 1100 nm. Dzięki temu bakterie beztlenowe miałyby dostępne do fotosyntezy aż 22-krotnie więcej fotonów z gwiazdy typu M niż bakterie prowadzące fotosyntezę tlenową. Biorąc więc pod uwagę tak wielką przewagę w ilości dostępnej energii oraz fakt, że to beztlenowce pojawiły się wcześniej w historii życia, jest prawdopodobne, że identyczna z Ziemią planeta krążąca po orbicie TRAPPIST-1e zostałaby zdominowana przez bakterie beztlenowe. Tlen nigdy nie osiągnąłby istotnego stężenia w atmosferze takiej planety, więc nie doszłoby do katastrofy tlenowej, nie mówiąc już o eksplozji kambryjskiej. Zatem powstanie złożonego życia zwierzęcego na takiej planecie byłoby skrajnie mało prawdopodobne.

Warto dodać, że gwiazda TRAPPIST-1 należy do starszych gwiazd typu M. Gwiazdy w średnim i młodszym wieku mają parametry bardziej sprzyjające powstaniu życia opartego na fotosyntezie tlenowej. W przypadku gwiazd typu M w średnim wieku (podtypy M3-M5) udział PAR w całkowitej emisji wynosi 5–10%. W przypadku gwiazd starszych (podtyp M6-M9), jak TRAPPIST-1, jest to 1-3%. Podtypy M3–M9 są najbardziej rozpowszechnione.
Dla gwiazd typu G, a do nich należy Słońce, PAR stanowi 40–45% procent emisji.

życie Droga Mleczna gwiazdy typu M