Může existovat život i na planetách, které nemají moc vody?

Teplé a suché kamenné exoplanety, na kterých se nacházejí iontové kapaliny by mohly být vhodné pro vznik života, tvrdí nová studie. Čeká nás nová kapitola hledání obyvatelných světů?

Nový pohled na astrobiologii

Výzkum obyvatelnosti planet se dnes věnuje prakticky jen planetám, které splňují tradiční kritéria — nacházejí se v tzv. obyvatelné zóně své hvězdy, mají na povrchu kapalnou vodu, hustou atmosféru a stabilní teploty.

S objevem tisíců exoplanet, které mají nejrůznější vlastnosti, se astrobiologie začíná zamýšlet nad tím, jestli život nutně vyžaduje vodu. Mohou umožnit vznik a udržení živých procesů také jiná rozpouštědla? Zdá se, že vhodné mohou být také tzv. iontové kapaliny.

Čemu se říká iontová kapalina?

Iontová kapalina je systém obsahující určité soli. Obsahuje kladný a záporný iont. Je kapalný i při relativně nízkých teplotách (typicky pod 100–150 °C) a má extrémně nízký tlak par, takže se prakticky nevypařuje ani ve vakuu nebo při vysokých teplotách.

Většina dosud známých iontových kapalin byla vytvořena uměle, v laboratořích. Ve vesmíru a na cizích planetách teoreticky mohou takové systémy vznikat i přirozeně, pokud tu panují vhodné podmínky.

Vědci nedávno ověřili, že iontové kapaliny mohou vznikat i z běžně dostupných planetárních materiálů, například z kyseliny sírové a organických dusíkatých molekul (glycin, histidin, thymin, guanin a dalších). Kyselina sírová je na exoplanetách dostupná díky sopečné činnosti, oxidaci a UV fotodisociaci povrchového materiálu. Organické látky s dusíkem se vyskytují běžně v meteoritech, kometách i na površích planet typu Mars, Ceres, Titan, a dokonce i na Merkuru.

V experimentech se organická látka rozpustila v koncentrované kyselině sírové, která se pak nechala odpařit za nízkého tlaku a při vyšší teplotě (80–100 °C), což napodobovalo podmínky na horkých exoplanetách. Výsledkem byla viskózní kapalina obsahující hydrogensulfátový aniont a protonovaný organický kationt, která je stabilní i v extrémních podmínkách: při teplotách až 300–470 K a tlaku až desetimiliontiny atmosféry.
V praxi to znamená, že kapka iontové kapaliny přežije i v takových podmínkách, kde by se voda dávno odpařila.

Kapalina se navíc vsakuje do hornin nebo rovnou vzniká v jejich pórech, kde je chráněná vůči radiaci. Může se pak na povrchu planet udržet tisíce roků jako stabilní mikro-oáza pro případný vznik života.

Biochemie v iontových kapalinách

V tradičním vodním prostředí je to právě voda, co umožňuje správné chování organických molekul. Existují ovšem také biomolekuly, které zvládnou existovat a dokonce i účastnit se reakcí v iontových kapalinách. Patří k nim některé enzymy, proteiny, dokonce i DNA, jak dokázali vědci v experimentech.

Některé iontové kapaliny nejsou ani toxické ani chemicky škodlivé. Mají navíc polární charakter - a to umožňuje rozpouštění solí, polymerů i dalších složitých látek. Život založený na iontových kapalinách by byl odolný vůči vysychání. Vznik života by byl tedy umožněn i na planetách, které se nacházejí mimo klasickou obyvatelnou zónu.

Ochrana před radiací

Velkým problémem pro život na planetách bez atmosféry je kosmická radiace a UV záření z poměrně blízké centrální hvězdy. Na Zemi jsme chráněni hustou atmosférou a magnetickým polem planety.

Kapaliny které by se vsákly do horniny nebo by existovaly uvnitř jeskyní, mohou být před zářením chráněny samotným materiálem horniny. Také eventuálně existující magnetické pole planety by je mohlo před výše zmiňovanými vlivy dobře ochránit.

Kombinace nízkého vypařování a ochrany před zářením by následně umožnila vznik mikroprostředí vhodného pro život i na planetách s řídkou atmosférou nebo na těch, kde atmosféra chybí úplně.

Jak takové světy odhalíme?

Iontové kapaliny zatím neumíme na exoplanetách detekovat. Pokud je vědci budou chtít nalézt, měli by hledat spektrální čáry sulfidových skupin v atmosféře nebo na povrchu planety.

V budoucnu by pokročilé teleskopy mohly rozlišit různé povrchové znaky nebo analyzovat atmosférické složení i na vzdálených planetách. Tím je myšlena třeba detekce pigmentů živé hmoty v odraženém světle planety.

Další možností je analýza exosféry planety. Kdyby v ní byl nalezen neobvyklý poměr atomů, mohlo by to znamenat, že je ovlivňována živou hmotou, která produkuje nestandardní plyny.

Na Zemi je to například produkce molekulárního kyslíku, který je pro mimozemšťany rozeznatelný ve spektru naší atmosféry.

Hledání mimozemského života

Zdá se tedy, že obyvatelné světy nejsou omezeny na oblast, kterou nazýváme obyvatelnou zónou. Mohou existovat mnohem blíže k centrální hvězdě (tedy v horkém prostředí), kde voda nemůže zůstat tekutá. Počet eventuálně obyvatelných planet se díky tomu dramaticky zvyšuje.

Život v takovém prostředí by měl nejspíše odlišnou biochemii, pomalejší reakce, jinou evoluci, ale některé základní principy by byly zachovány. Zůstává samozřejmě otázka, nakolik by byl podobný našemu a nakolik rozvinutý by mohl takový život být.

Budoucí průzkumy

Vědci se budou tomuto tématu samozřejmě věnovat i v budoucnosti. Zajímat je budou různé detaily, například otázka rychlosti průběhu chemických reakcí v iontových kapalinách.
Nepodléhaly by iontové kapaliny postupné hydrolýze, zejména při stopovém množství vody vznikajícím při organických reakcích?
Při vyšších teplotách (přes 100 °C) se pozemské biomolekuly obvykle rozkládají. Přežila by analogická iontová biochemie v takto horkém prostředí? Existuje nějaká horní teplotní hranice pro funkční molekuly?
To všechno by mohlo vyjasnit šanci pro skutečný vznik života za těchto podmínek. Můžeme se tedy těšit na další nové objevy.

^{Zdroj: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2425520122}