Ученые разработали новую математическую модель, с помощью которой можно выявить не только потенциально обитаемые миры, но и организмы, способные выживать в экстремальных условиях.
Жизнь за пределами Земли традиционно ищут в обитаемой зоне — области вокруг звезд, где планетам хватает тепла для поддержания на поверхности жидкой воды. Когда живые организмы оказывают существенное влияние на окружающую среду, в атмосфере могут появиться биосигнатуры — химические индикаторы жизни, которые ищут с помощью астрономических инструментов. Вот только их поиск — непростая задача, а находки далеко не всегда свидетельствуют об успехе, как это было в случае с экзопланетой K2-18b, о чем Naked Science рассказывал ранее.
Более того, классическая «погоня» за водой нацелена на поиски жизни, о существовании которой мы знаем. При этом даже на Земле обитаемость зависит от конкретного организма: верблюды в Антарктиде не выживут, а вот бактерии в гидротермальных источниках — вполне. Но как быть, если условия на других планетах не подходят для земных организмов?
Возможный ответ на этот вопрос дали авторы нового исследования, опубликованного на сервере препринтов Корнеллского университета (США). Они представили количественную модель обитаемости планет и спутников (Quantitative Habitability Framework), в основе которой — теория вероятностей.
Чтобы определить, насколько условия на планете соответствуют потребностям организмов — например, метаногенов или цианобактерий, — группа астрофизиков и астробиологов под руководством Даниэля Апаи (Daniel Apai) из Аризонского университета (США) сравнила две модели: модель окружающей среды (описывает такие характеристики планеты, как состав атмосферы, давление и температуру) и модель организма (описывает условия, необходимые для выживания конкретного организма).
Полученные результаты объединили с использованием скалярного произведения двух функций плотности вероятности, отражающей вероятность совместимости условий среды и потребностей организма: чем выше значение, тем больше шансов на выживание. Подход позволяет понять, могут ли гипотетические метаногены — археи, выживающие при температурах от −16 °C до +122 °C — существовать на таких экзопланетах, как TRAPPIST-1e и TRAPPIST-1f.
Модель проверили на примере архей, обитающих в глубоководных гидротермальных источниках Земли: результаты показали, что подобные организмы потенциально выживут в подледных океанах Европы — луны Юпитера. Внимание уделили и другим экстремофилам: некоторые цианобактерии, например, оставались активными при температурах до 70 °C, а лишайники фотосинтезировали при -16 °C, то есть выжили в условиях, близких к марсианским.
Несмотря на математическую строгость и универсальность, модель не учитывает изменения, которые жизнь может привнести в окружающую среду, и не моделирует потребности организмов в питательных веществах. В дальнейшем ученые намерены расширить базу данных экстремофилов, а также разработать теоретические модели для гипотетических форм внеземной жизни.