Extrém körülmények között I. – Élet egy csillag halála után? – Fröhlich Viktória

“A gondolatkísérlet mindent elbír!” – ígéri nekem Dr. Csizmadia Tamás, sejtbiológus, az Eötvös Loránd Tudományegyetem munkatársa, gyakori beszélgetőpartnerem. A gondolatkísérlet valóban hasznos eszköze a tudománynak: példának okáért Einstein is így jutott el a relativitáselmélet ötletéhez: “mi lenne, ha ráülnénk egy fényrészecskére, és vele együtt utaznánk?” Ma Tamás képzeletét szeretném próbára tenni: arról kérdezem, szerinte mi módokon alkalmazkodna és fejlődne az élet, ha a Galaxis legkülönlegesebb és legszélsőségesebb helyein fejlődne ki. Beszélgetésünket tovább fűszerezendő, Császár Kornél csillagászt is kifaggattam véleményéről.

Következzen tehát néhány gondolat a legextrémebb potenciális élőhelyekről és életformákról. Ebben a cikkben pulzárok körül keringő exobolygókról lesz szó, a folytatásban pedig kóbor bolygók holdjait vesszük górcső alá.

Milyen bolygókra számíthatunk?

Mára közel tucatnyi bolygót fedeztek fel a kutatók közepesen nagy tömegű csillagok maradványai, azaz pulzárok körül. A pulzárok kialakulását szupernóva-robbanások kísérik, amelyben a csillag tömegének jelentős részét leveti magáról. A visszamaradó maradvány város méretű, tömege azonban a Napénak 2-3-szorosa is lehet.

A szupernóva-robbanások során rendkívüli mennyiségű energia szabadul fel, a ledobott csillaganyag pedig végigsöpör a rendszerben megmaradt bolygókon, nagy valószínűséggel megfosztva azokat légkörüktől. Meglepő lehet, de a robbanást követően is lehetőség van újabb bolygók keletkezésére! Ekkor azonban a szupernóva-robbanásban keletkezett nehezebb elemekből álló porból és gázból kell építkezni. Ezekből pedig valószínűtlen, hogy légkör alakulna ki. “Akár az eredeti rendszer bolygóit, akár egy másodlagos bolygókeletkezési hullámot tekintünk, a bolygók atmoszféra nélküliek lesznek. Tehát a kérdés az, hogy milyen élet lehetne egy olyan bolygón, ahol nincs légkör. Ebben az esetben a csillag besugárzásának egésze a felszínre jut.”, mondja Kornél. Fontos szempont továbbá, hogy légkör, vagyis légköri nyomás nélkül folyékony óceánok sem létezhetnek ezeknek a bolygóknak a felszínén, hiszen azonnal elpárolognának (elszublimálnának).

“Megjegyzendő, hogy létezhetnek felszín alatti kiterjedt barlangrendszerek is.”, teszi hozzá Kornél. A felszín alatti, barlangokat benépesítő élet ötlete messze nem ördögtől való. A földi bioszféra közel 90%-a ugyanis kövekben és földalatti üregekben tanyázik. Persze nem nagyvadakra kell itt gondolni, hanem baktériumokra – de minden jel szerint a pulzárok körüli bolygókon sem számíthatunk a földivel összemérhető biodiverzitás kialakulására.

A csillag besugárzásának erősségét illetően érdemes megjegyezni, hogy az eddig felfedezett pulzár körüli bolygók majd’ mindegyike rendkívül közel kering a csillagmaradványhoz. Sőt, akad olyan rendszer is, ahol a pulzár-bolygó távolság a Nap-Föld távolság ezredrésze! “Ezek a bolygók valószínűleg kötött keringést végeznek”, állapítja meg Kornél. E szerint a bolygók mindig ugyanazon oldalukat fordítják a pulzár felé (mint a Hold a Föld felé). “Egy ilyen közeli bolygó esetén a pulzártól elfele néző oldalon a felszín befagyhat, a pulzár felőli oldalon pedig megolvadhat. Viszont a terminátor, az örök nappalt és éjszakát elválasztó vonal mentén akár még megfelelő is lehet a hőmérséklet – főleg egy felszín alatti barlangrendszerben.”

Az ismert pulzár bolygók pályája kör alakú, excentricitásuk közel zérus. Ennek megfelelően Kornél szerint “a bolygókon az árapály-fűtéssel nem számolhatunk. Ezen felül valószínűnek tartom, hogy forgástengelyeinek dőlésszöge is merőleges lenne a pályasíkra. Ez a kötött keringéssel együtt azt eredményezné, hogy nem lennének évszakok. Az életnek így nem egy periodikus energiafelvételhez kellene hozzászoknia, hanem egy állandó évszakhoz az egész bolygón.”

Energia és mágneses tér

Az élet kialakulásához és fenntartásához energiára van szükség. Tamás elsőként a csillag főként röntgen- és ultraibolya-tartományba eső sugárzását emeli ki. “A köztudottan káros nagy energiájú elektromágneses sugárzásokat megfelelő körülmények között akár meg is szelídítheti az élő rendszer, amennyiben kellő módon tud ellenük védekezni, illetve azok nem olyan erősek, hogy rövid időn belül az élőlény pusztulását okozzák. Az elektromágneses sugárzásból sokféle módon lehet éltető energiához jutni, gondoljunk csak a napelemekre (pl. az ISS esetében), vagy a fotoszintézisre (zöld növények, algák és néhány baktérium esetén).”

Léteznek azonban más, kevésbé közismert módok is a fény energiává váltására. “A legegyszerűbb és egyben legérdekesebb példa a sólepárlók körüli vizek színét bíborra festő, rendkívül magas sókoncentrációt eltűrő, úgynevezett sókedvelő (halofil) baktériumok tevékenysége. Ezen baktériumok sejtmembránjába ágyazva található  a bakteriorodopszin nevű fényérzékeny fehérje, mely bíbor színű – emiatt festődnek az ezeket az élőlényeket nagy mennyiségben tartalmazó sólepárló tavak bíborvörösre. A fény hatására a bakteriorodopszin segítségével protonok jutnak ki a sejtből. A kívül kialakult protontöbblet szeretne újra egyensúlyba jönni, tehát a protonok visszaáramlanak a sejtbe egy másik speciális membránfehérjén keresztül. Ez a fehérje közben előállítja a sejt energiavalutáját (az ATP-t, adenozin-triszfoszfátot), tehát a sejt által felhasználható energia keletkezik.”

Hozzá kell azonban tennünk, hogy “az intenzív elektromágneses sugárzás szükségessé teszi, hogy a pulzár körüli bolygókon létrejövő élet kifejlessze magában és intenzíven alkalmazza azt, amiben például a Deinococcus radiodurans nevű talajbaktérium, vagy a bálnák remekelnek: maximalizálni a DNS-ükben végbemenő mutációkból adódó hibák javítását. (A bálnák esetében erre azért van szükség, mert az élő szervezetet felépítő sejtek adott valószínűséggel roncsolódnak vagy válnak rosszindulatúvá, s minél nagyobb egy test, annál nagyobb ennek a valószínűsége, hiszen több sejtből áll.) A hatásos hibajavításhoz az szükséges, hogy a DNS hibajavító gépezetek fehérjéit a normálishoz (például a minket alkotó sejtekhez) képest túltermelje a bálnák összes sejtje. A röntgen- és UV-besugárzás köztudottan károsítja az élő szervezet molekuláit, mely különösen veszélyes a DNS molekulára nézve, így az élő szervezet sejtjeinek kóros elváltozásai sokkal-sokkal gyakrabban alakulhatnak ki egy ilyen környezetben. Kiváltképp egy légkörétől megfosztott bolygón! Ezt elkerülendő, hatékony hibajavító mechanizmusokat kell alkalmazni és a felszín alá érdemes költözni.” 

Érdekességként megemlítendő, hogy Kapu Tibor az ISS fedélzetén ezekben a napokban végez el egy olyan, ehhez szorosan kötődő kísérletet, melynek során az űrbéli kozmikus sugárzás hatásait vizsgálják normál (kontrol) és olyan génmódosított muslicákon, amelyekben túltermelődnek a DNS hibajavításért felelős fehérjék, hasonlóan a bálnasejtekhez. Ezeket a muslicákat a Szegedi Tudományegyetem munkatársai hozták létre.

A radioaktivitást illetően Tamás annyit tesz még hozzá, “magukkal a radioaktív sugarakkal valószínűleg nem találkozik az élő szervezet, hiszen a radioaktív anyagok a bolygók magjába lennének zárva [illetve, ha van légkör, a világűrből érkező radioaktivitás nagyon le is csökkentheti – a főszerk.]. Viszont a bomláshő elegendő lehet ahhoz, hogy akár a csillagtól távolabb keringő bolygókon is az élet számára már tolerálható felszíni vagy felszín alatti hőmérsékletet hozzon létre.”

Hogy mi a helyzet egy, a pulzártól távolabb keringő bolygó esetében, arra Kornél is válaszol: “Egy távolabbi bolygó esetén inkább az a mérvadó, hogy mennyire nyugodt egy neutroncsillag. Tudjuk, hogy például a vörös törpék csillagaktivitása is jelentős, ezért körülöttük nem számítunk fejlettebb életre. A neutroncsillagoknak ismertek csillagrengései, amik elég nagy energiákat szabadítanak fel, és lehet, hogy egy kisebb energiájú is komoly károkat okozhat.” Tamás is hasonló konklúzióra jut, bár egy másik megközelítésből. “A pulzár pólusairól kilövellő jeteknek (nyaláboknak) mindenképpen el kell kerülniük a bolygót, különben az élet fennmaradásainak esélyei egyenlőek lesznek a nullával.”

A fenti gondolatot továbbfűzve Tamás a mágneses terek kérdésére is kitér: “A pulzárok mágneses terének erőssége sokszorosa a Napénak, így a csillagról eltávozó nagy energiájú töltött részecskék ellen kialakuló védelmi formák szerepe kiemelkedő az élet számára. Még a földalatti élet szempontjából is remek védelmet szolgáltathat, ha a bolygó mágneses tere jelentős.”

“Összességében minimális esélyt adnék az élet fennmaradására, hát még a kialakulására egy pulzár bolygóján.”, zárja Kornél. “A felszíni élet kiváltképp nagyon vad ötletnek tűnik. Ha mégis létezne, merőben más formát öltene, mint bármi, amit a Földön láttunk.”

Related posts:

Extrém körülmények között II. – Élet egy naptalan égbolt alatt? – Fröhlich Viktória Az élet alapvető építőköveire bukkantak a Ryugu aszteroidán – Fröhlich Viktória Gondolatok exoholdakról és lakhatóságukról – Fröhlich Viktória Módosított newtoni gravitáció vagy valami más? A sötét anyag rejtélye és a Gaia műhold – Császár Kornél Találkozás a Donaldjohanson-aszteroidával – Császár Kornél