Venuksesta elämän merkkejä: Bakteerit pakenivat pilviin

Fosfiini-niminen kaasu on yleensä vahva todiste elämästä. Siksi fosfiinin löytäminen Venuksen kaasukehästä herätti suurta huomiota. Ehkä elämä etsi suojaa pilvistä, kun kasvihuoneilmiö villiintyi pinnalla.

Fosfiini-niminen kaasu on yleensä vahva todiste elämästä. Siksi fosfiinin löytäminen Venuksen kaasukehästä herätti suurta huomiota. Ehkä elämä etsi suojaa pilvistä, kun kasvihuoneilmiö villiintyi pinnalla.

ESA/NASA & Shutterstock

Jos olisi mahdollista matkustaa ajassa kaksi miljardia vuotta taaksepäin ja käydä Maan naapuriplaneetalla, tehtäisiin varmasti tuttavuutta hyvin paljon maapalloa muistuttavan Venuksen kanssa. Sen pinnalla saattaisi jopa esiintyä biologista elämää.

Miljoonien vuosien ilmastonmuutoksen jäljiltä Venus on kuitenkin pätsi, jota kutsutaan Maan pahaksi kaksoseksi. Olisiko Venuksen elämä voinut löytää itselleen turvapaikan, jossa se säästyi villiintyneen kasvihuoneilmiön tuhovoimalta?

Walesilaisen Cardiffin yliopiston ja yhdysvaltalaisen Massachusettsin teknillisen korkeakoulun tutkijat tekivät löydön, joka vihjaa näin tapahtuneen. Kun Venuksen kaasukehän läpäisevän valon aallonpituuksia havainnoitiin maailman kehittyneimpiin kuuluvilla teleskoopeilla, todettiin, että planeetan pilvipeitteessä esiintyy myrkyllistä fosfiinikaasua.

Tutkijat tulivat siihen tulokseen, ettei mikään tunnettu kemiallinen tai fysikaalinen reaktio saa aikaan mitattua määrää fosfiinia. Pitoisuuden voi selittää vain Maassa esiintyvän kaltainen elämä.

© Shutterstock

Maa

  • Etäisyys Aurinkoon: 150 milj. km
  • Pinnan keskilämpötila: 15 astetta
  • Pinnalla vallitseva paine: 1 baari
  • Korkein vuori: Mount Everest, 8,8 km
  • Kaasukehä: 78 % N2, 21 % O2, 1 % Ar
  • Painovoima: 9,8 m/s2
  • Kuita: 1
© Shutterstock

Venus

  • Etäisyys Aurinkoon: 108 milj. km
  • Pinnan keskilämpötila: 465 astetta
  • Pinnalla vallitseva paine: 93 baaria
  • Korkein vuori: Maxwell Montes, 17 km
  • Kaasukehä: 96 % CO2, 3 % N2
  • Painovoima: 8,9 m/s2
  • Kuita: 0

Tutkimusta johtavan tähtitieteilijän Jane Greavesin mukaan sensaatiomainen havainto yllätti itse tutkijatkin. He eivät nimittäin olleet etsimässä elämää Maan tulikuumalta naapuriplaneetalta, kun he aloittivat sen kaasukehän analysoimisen. Siitä huolimatta he törmäsivät elämän merkkeihin kaukana pinnasta.

Suositun teorian mukaan Venus oli aikoinaan Maan kaltainen kohtuullisen lämmin planeetta, jonka pinnalla esiintyi nestemäistä vettä. Voimistuessaan kasvihuoneilmiö saattoi pakottaa elämän siirtymään pilviin ja sopeutumaan niissä uudenlaisiin elinolosuhteisiin.
.

Pilvet voivat olla elinkelpoisia

Syyskuun puolivälissä 2020 planeettatutkijat olivat aivan täpinöissään. Sosiaaliset mediat tulvivat viestejä uudesta, mullistavasta Venusta koskevasta löydöstä.

Tutkimustulokset ylittivät uutiskynnyksen kaikkialla, sillä Venus, joka kiertää Aurinkoa noin 40 miljoonaa kilometriä lähempänä kuin Maa, ei äkkiseltään vaikuta elämälle suotuisalta paikalta.

Venuksen pinnalla seisovaa paahtaisi 465 asteen kuumuus ja rusentaisi sellainen paine, jollainen vallitsee valtameressä kymmenen kilometrin syvyydessä.
.
Venuksen tiheä kaasukehä koostuu etupäässä hiilidioksidista, typestä ja rikkihappoa sisältävistä pilvistä. Kun etäisyys planeetan pintaan kasvaa, kaasukehä muuttuu selvästi viileämmäksi – ja ehkä jopa elämälle suotuisaksi. Siellä saattaisivat menestyä vaikkapa sellaiset pieneliöt kuin bakteerit.

20 astetta on lämpötila siinä kaasukehän osassa, josta vihje elämästä löytyi.

Noin 48–60 kilometrin korkeuteen syntyvät pilvet voivat saada aikaan elinkelpoisen vyöhykkeen, jossa lämpötila pysyy suunnilleen nollan ja 100 asteen välillä.

Siinä osassa, jota on tutkittu tarkemmin, lämpötila kieppuu 20 asteen tienoilla ja paine on 1 baari – olosuhteet ovat siis melkein kuin maapallolla.

Ja kuuluisa tähtitieteilijä Carl Sagan esitti jo vuonna 1967 ajatuksen, että Venuksen kaasukehässä voi elää pieneliöitä ankarista elinolosuhteista huolimatta.

Elämä jättää jälkensä valoon

Havaijin James Clerk Maxwell -teleskooppi suunnattiin Venukseen sen kaasukehän rakenneosasten tutkimiseksi.

Kun auringonsäteet kulkevat kaasukehän läpi, kaasujen molekyylit imevät itseensä valon eri aallonpituuksia. Tämä niin sanottu absorptio toimii yksittäisten kaasumolekyylien sormenjälkenä auringonvalossa. Hapella on oma sormenjälkensä niin kuin on metaanilla ja fosfiinillakin. Lukemalla useita aallonpituuksia yhtä aikaa voidaan saada selville eri aineiden esiintyminen spektrin aukkoina.

Kun Jane Greaves näki ensimmäiset fosfiinin merkit James Clerk Maxwell -teleskoopin datassa, hän järkyttyi. Sitten alkoi löydön vahvistaminen.

Tutkijat saivat mahdollisuuden käyttää herkempää, Chilessä sijaitsevaa, ALMA-teleskooppia. Silläkin rekisteröitiin kuoppa 1,123 millimetrin aallonpituudessa, joka on fosfiinin sormenjälki.

Laskelmien mukaan miljardista Venuksen kaasukehän molekyylistä noin 20 oli fosfiinia . Maan ilmakehässä sen pitoisuus on biljoonasosia eli tuhannesmiljardisosia.

Myöhemmin arvio Venuksen fosfiinimäärästä kyseenalaistettiin laskutoimituksiin liittyvän tilastollisen epävarmuuden takia..

Kaikkien huulilla ollut pahanhajuinen ja myrkyllinen kaasu on Jane Greavesin mukaan ammoniakin paha serkku. Ammoniakkihan koostuu yhdestä typpiatomista ja kolmesta vetyatomista, mutta rakenteeltaan samanlaisessa fosfiinissa typen korvaa fosfori.

Maapallolla fosfiinia valmistetaan teollisesti, mutta sitä voivat tuottaa luonnollisesti bakteerit hapettomissa oloissa.

Fosfiini on siten niin sanottu biomarkkeri eli biologisen elämän merkki. Koska Venuksessa ei varmasti ole fosfiinitehtaita, oli heti selvää, että aineen esiintymiselle planeetan kaasukehässä oli todennäköisesti paljon mielenkiintoisempi selitys.

Fosfiinia ei kuitenkaan voida pitää suorana ja kiistattomana todisteena elämän syntymisestä ja olemassaolosta Maan ulkopuolella.

Dallol-tulivuori Etiopiassa

Etiopiassa tulivuori Dallolin ympäristöä peittää keltainen rikki. Siellä elää bakteereja vedessä, jonka happopitoisuus on noin 5 %. Se on maapallon happamin paikka, josta on löydetty elämää.

© A. Savin

Fosfiini voi olla vain eloperäistä

Siitä huolimatta, että maapallolla elää sitkeähenkisiä bakteereja, jotka kestävät happopitoisuudeltaan jopa viisiprosenttista vettä, on vaikea kuvitella bakteerien selviytyvän Venuksen pilvissä, joiden happopitoisuus on suunnilleen 90 prosenttia.

Vielä ei tiedetäkään, kykeneekö ylipäänsä mikään elämänmuoto elämään noin voimakkaasti syövyttävässä elinympäristössä. Poikkeuksellisen kestävän pieneliötyypin ominaisuuksia voidaan tässä vaiheessa vain arvailla.

Massachusettsin teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat alkaneet selvittää, olisiko mikrobien mahdollista säilyä elossa äärimmäisen happamassa kaasukerroksessa muodostuvien pisaroiden suojissa. Tutkijat ovat jo keksineet useita vaihtoehtoisia selityksiä sille, että pieneliöt kuluttavat energiaansa fosfiinin tuottamiseen.

On ajateltavissa esimerkiksi, että kaasu on bakteerien aineenvaihduntatuote, ne käyttävät fosfiinia puolustusaseena taistellessaan kilpailevia pieneliöitä vastaan tai fosfiinilla on niiden viestintään liittyvä tehtävä.

Havaijin ja Chilen observatorioissa Venuksen kaasukehästä tehty fosfiinilöytö vaatii selitystä. Vaihtoehdoista todennäköisimpänä pidetään elämää.

© Illustreret Videnskab/Lasse Lund-Andersen

Auringonvalo läpäisee Venuksen kaasukehän

Kun Venus kulkee Maasta katsottuna Auringon editse, osa auringonvalosta läpäisee Venuksen kaasukehän, ennen kuin se saapuu Maahan. Analysoimalla
tulevan valon aallonpituuksia voidaan saada selville Venuksen kaasukehän kemiallinen koostumus.

© Illustreret Videnskab/Lasse Lund-Andersen

Molekyylit imevät ja heijastavat valoa

Kaasukehässä valon jotkin aallonpituudet imeytyvät aineisiin. Osa aallonpituuksista heijastuu aineista tai taittuu niissä. Jokainen molekyyli jättää näin oman
”sormenjälkensä” valoon, ja se voidaan määrittää. Esimerkiksi hapen jälki on erilainen kuin fosfiinin (PH3).

© Illustreret Videnskab/Lasse Lund-Andersen

Aallonpituus paljastaa biologisen markkerin

JCMT- ja ALMA-teleskoopeilla tehdyt mittaukset osoittivat, että auringonvalon tietyssä aallonpituudessa – 1,123 millimetriä – tapahtui muutos, joka vastaa sitä, että fosfiini (PH3) on imenyt itseensä osan valosta. Kaasun osuus on niin suuri, että sitä on vaikea selittää ilman elämää.

Niin tai näin, fosfiinin esiintymistä elottoman planeetan kaasukehässä on vaikea selittää. Jatkotutkimukset ovat antaneet lisää ajattelemisen aihetta.

Massachusettsin teknillisen korkeakoulun tutkimusryhmä on Clara Sousa-Silvan johdolla jäljittänyt muita luonnollisia fosfiinin lähteitä kuin biologisia.

Selvityksen mukaan esimerkiksi vulkaaninen toiminta, planeetan pinnan mineraalit ja kaasukehän salamat voivat periaatteessa saada aikaan fosfiinia Venuksessa. Mikään niistä ei kuitenkaan voi tuottaa sitä niin paljon kuin on mitattu.

Sousa-Silvan mukaan tutkimus osoittaa, että toisen planeetan kaasukehässä esiintyessään fosfiini on vahva biomarkkeri, sillä muiden lähteiden kuin biologisen elämän mahdollisuus voidaan sulkea pois hyvin suurella todennäköisyydellä.

Siten fosfiini eroaa muista biomarkkereista, kuten hapesta ja metaanista, jotka maapallolla ovat selviä sellaisen biologisen toiminnan kuin yhteyttämisen ja eläinten olemassaolon merkkejä.

Sekä metaani että happi voivat antaa väärän positiivisen tuloksen toisten planeettojen kaasukehässä, koska esimerkiksi metaani voi olla peräisin tulivuorista ja happi meristä, joita ei enää ole.

Elämää puhtaassa vedyssä

Maan ulkopuolisen elämän etsijät ovat saaneet tutkimustuloksista lisää vettä myllyyn. Sitähän etsitään myös Aurinkokunnasta.

Akatsuki-luotain

Japanilainen Venus-luotain Akatsuki on paikantanut tummia alueita, joiden selitykseksi on esitetty ultraviolettisäteilyä imeviä pieneliöitä.

© Claus Lunau

Aurinkokunnan ulkopuolella sijaitsevien planeettojen eli eksoplaneettojen osalta on voitu viime vuosina tarkentaa käsityksiä siitä, millaiset olosuhteet niillä pitää vallita, jotta niillä voi esiintyä elämää.

Aurinkokunnan kaasuplaneettojen paljon vetyä ja heliumia sisältävät kaasukehät on ollut tapana luokitella elämälle vihamielisiksi, mutta Massachusettsin teknillisen korkeakoulun tutkimusryhmä on todistanut kolibakteerin (Escherichia coli) selviytyvän sataprosenttisessa vedyssä. Se on hyvin erilainen elinympäristö kuin vähävetyinen Maan ilmakehä.

Pilviin hakeutumisen syy saattaa olla se, että elämällä ei ole ollut muuta säilymiskeinoa. Muun muassa Nasan tutkimuskeskus Goddard Institute for Space Studies on kelannut aikaa taaksepäin Venuksessa mallintamalla ilmaston kehitystä menneisyydessä. Simulaation mukaan Venuksen ilmasto oli noin kaksi miljardia vuotta sitten lauhkea ja planeetan pinnalla oli nestemäistä vettä.

Toisin sanoen olosuhteet mahdollistivat biologisen elämän paljon ennen kasvihuoneilmiön villiintymistä 500 miljoonaa vuotta sitten. Sen jälkeen Venuksen pinnalla tuskin on voinut esiintyä elämää missään muodossa.

Tutkijoiden sormet syyhyävät päästä käsiksi Venuksen kaasukehän näytteisiin, jotka voivat kerta heitolla paljastaa, onko siinä bakteereja tai muita pieneliöitä. Siinä tapauksessa, että niitä ei ole, fosfiinin alkuperää pitää etsiä muualta.

Vuodesta 2015 Venusta kiertänyt 320 kiloa painava japanilaisluotain Akatsuki on tutkinut planeetan kaasukehää viidellä kameralla, jotka muun muassa kuvaavat pilviä ja salamoita ultravioletti- ja infrapunasäteilyn aallonpituusalueilla.

Akatsuki on paljastanut kaasukehästä tummia kohtia, joihin ultraviolettisäteily imeytyy vielä tuntemattomasta syystä. Mahdollisena selityksenä pidetään sitä, että kaasukehän pieneliöt imevät itseensä säteilyä.

Lähivuosikymmeninä on tarkoitus toteuttaa useita Venus-ohjelmia. Hankkeiden tavoitteena on saada varmuus siitä, onko pätsi ensimmäinen ja lähin paikka, josta löytyy Maan ulkopuolista elämää.

Tulevat luotaimet ovat tietenkin miehittämättömiä avaruusaluksia, mutta Nasa on esittänyt ajatuksen miehitetystä avaruuslennosta Venukseen.

Nasan HAVOC- eli High Altitude Venus Operational Concept -tutkimusohjelmassa tähdätään 129 metriä pitkään ilmalaivaan, joka leijuu Venuksen kaasukehässä noin 50 kilometrin korkeudessa ja jossa kaksi astronauttia voi oleskella kuukauden kerrallaan tavallisessa ilmanpaineessa.

Bakteerit nousevat maasta ilmaan

Uusien Venus-luotainten odotetaan ratkaisevan fosfiiniarvoituksen. Tutkimusryhmä, jossa on jäseniä muun muassa Nasasta, on kyseenalaistanut jopa sen, onko löydössä kyse lainkaan fosfiinista.

Lähivuosikymmeninä Venuksen pintaa ja kaasukehää pitäisi tutkia ainakin kolmen ohjelman puitteissa. Ehkä niissä saadaan selville, onko Venuksessa (ollut) elämää.

© NASA

2021: DAVINCI+ ruotii Venuksen menneisyyttä

Nasa ei ole lähettänyt luotainta Venukseen yli 25 vuoteen, mutta vuonna 2021 Venus-luotain on taas ajankohtainen. DAVINCI+ on suunniteltu laskeutumaan kaasukehässä 63 minuuttia ja mittaamaan matkalla muun muassa fosfiinia. Juuri ennen laskeutumista sen pitäisi valokuvata pintaa. Tavoitteena on selvittää, kuinka lauhkeasta planeetasta, jolla oli nestemäistä vettä, tuli noin 700 miljoonaa vuotta sitten 465 asteen pätsi.

© NASA/JPL-Caltech

2026: VERITAS kartoittaa planeettaa tutkalla

Nasan VERITAS-luotain varustetaan erityisellä tutkajärjestelmällä, joka voi nähdä Venuksen pilvipeitteen läpi ja kartoittaa sen pintaa. Tavoitteena on löytää todisteita siitä, että Venuksessa on ollut nestemäisen veden muodostamia valtameriä, jotka saattoivat tarjota elämälle suotuisat olosuhteet. Luotain analysoi myös pinnan kemiallista koostumusta ja mittaa painovoimakenttää planeetan sisärakenteen paljastamiseksi.

© VR2 Planets/ESA

2032: EnVision tarkentaa Venuksen pintaan

Euroopan avaruusjärjestö Esa suunnittelee lähettävänsä Venus-luotaimen vuonna 2032. Sen pitäisi kiertää Venusta neljä vuotta ja kuvata sen pintaa kiertoradalta jopa sentin tarkkuudella. Erottelukyvyn ansiosta tutkijat voivat täsmentää käsityksiään pinnan vulkaanisesta toiminnasta ja sen vaikutuksesta kaasukehään. Parhaassa
tapauksessa päästään varmuuteen siitä, peittikö Venuksen pintaa joskus meri.

Sen mukaan fosfiinina pidetty aine saattaa hyvinkin olla rikkidioksidia, jota Venuksen kaasukehässä on runsaasti. Jos fosfiinilöytö kuitenkin varmistuu, Maan tulikuuma kaksonen ohittaa myös Marsin vieraan elämän etsinnöissä.

Maapalloa ja sen ilmakehää tutkimalla on saatu selville, että eläviä pieneliöitä voi esiintyä jopa 38 kilometrin päässä planeetan pinnasta. Ne tosin kuolevat siellä jo parissa päivässä voimakkaaseen ultraviolettisäteilyyn.

Alempana ilmakehässä eloonjäämismahdollisuudet ovat paljon paremmat, ja luultavasti bakteerit kykenevät muuttamaan tuulen mukana. Koska maanpinnalla elinolosuhteet ovat hyvät, pieneliöiden ei tarvitse turvautua ilmakehään kuin tilapäisesti.

Venuksessa asiat ovat toisin. Monet seikat viittaavat siihen, että bakteerit, jos niitä on ollut olemassa, ovat voineet pelastautua vain muuttamalla planeetan pinnalta sen kaasukehään.

Ehkä tutkimukset vastaavat ennen pitkää kysymykseen, onko elämä niin sisukasta ja määrätietoista, että sen pelastautumiskeinoihin kuuluu myös pilviin siirtyminen.