Livstecken på Venus: Bakterier flydde in i molnen

Om vi kunde resa två miljarder år tillbaka i tiden och besöka Venus skulle vi sannolikt få se en planet som var väldigt lik vår egen, kanske rent av med biologiskt liv på ytan.

Sedan dess har miljontals år av klimatförändringar förvandlat Venus till ett glödhett inferno, vilket har gett planeten öknamnet ”jordens onda tvilling”. Men kanske hittade livet en plats där det gick att överleva den skenande växthuseffekten.

Forskare vid Cardiff University i Wales och Massachusetts Institute of Technology (MIT) i USA har gjort en upptäckt som kan tyda på att så faktiskt var fallet.

Med några av världens mest avancerade teleskop observerade forskarna våglängder av ljus från Venus atmosfär som avslöjade molekyler av den giftiga gasen fosfin i planetens molntäcke.

Ingen känd kemisk eller fysisk reaktion kan skapa fosfin i de koncentrationer som har mätts upp, så forskarnas slutsats är att det bara kan komma från biologiskt liv som vi känner det från jorden.

Den sensationella upptäckten har förvånat forskarna, enligt astronomen Jane Greaves, som leder studien.

Forskarna letade nämligen inte efter liv på jordens brännheta grannplanet när de inledde studien av planetens atmosfär, men det slutade ändå med att de hittade tecken på liv i de högre luftlagren.

Astronomerna påpekar att Venus troligen en gång var en jordliknande planet med flytande vatten och behaglig yttemperatur.

En skenande växthuseffekt kan emellertid ha tvingat det liv som en gång måste ha levt på ytan att anpassa sig till de nya förutsättningarna och bege sig upp bland molnen för att överleva.

Molnen kan vara beboeliga

I mitten av september 2020 är det full aktivitet i astronomikretsar. På internet flödar ­sociala medier över av inlägg om den nya, banbrytande upptäckten på Venus.

Forskningsresultatet når snabbt nyhetsmedier världen över eftersom Venus – som kretsar cirka 40 miljoner kilometer närmare solen än jorden – vid en första anblick inte är någon uppenbar plats att leta efter spår av liv.

En person som stod med fötterna på Venus yta hade blivit bränd av temperaturer på omkring 465 grader och krossats av ett tryck motsvarande närmare tusen meters havsdjup på jorden.

Venus tjocka atmosfär består huvudsakligen av koldioxid, kväve och svavelsyrehaltiga moln. Men om man beger sig tillräckligt högt upp i planetens luftlager blir förhållandena plötsligt betydligt mildare än vid ytan, kanske till och med lämpligt för att möjliggöra biologiskt liv som mikrober och bakterier.

I molntäcket cirka 48–60 kilometer ovanför ytan har Venus atmosfär en potentiellt beboelig zon med temperaturer på mellan noll och 100 grader.

I det område som forskarna har studerat ligger temperaturen runt 20 grader och trycket är cirka en bar, det vill säga väldigt likt förhållandena här på jorden.

Redan 1967 presenterade den berömde astronomen Carl Sagan idén att det skulle kunna finnas mikrober i Venus atmosfär, de ogästvänliga livsvillkoren till trots.

Livet lämnar spår i solljuset

Forskarna riktade James Clerk Maxwell-teleskopet på Hawaii mot Venus för att studera atmosfärens byggstenar. När solens strålar passerar genom atmosfärens gaser tas olika våglängder av ljus upp av olika molekyler.

Denna så kallade absorption fungerar som de enskilda gasmolekylernas fingeravtryck i solljuset. Syre har ett fingeravtryck, metan ett annat och fosfin ett tredje.

Genom att avläsa flera våglängder samtidigt kan forskarna se förekomsten av olika molekyler som hål i det så kallade spektrumet.

När Jane Greaves såg de första tecknen på fosfin i James Clerk Maxwell-teleskopets data blev hon chockad, men sedan inleddes försöken att bekräfta fyndet.

Forskarna fick möjlighet att använda ännu ett teleskop, Alma i Chile, som är känsligare. Det visade sig att även detta teleskop registrerade en försvagning vid just våglängden 1,123 millimeter – fosfinets fingeravtryck.

Forskarna beräknade att det finns omkring 20 fosfinmolekyler per miljard molekyler i atmosfären. På jorden räknas fosfinkoncentrationen ända ner till andelar av en biljon, det vill säga 1 000 miljarddelar.

Senare studier har dock ifrågasatt om koncentrationen på Venus verkligen är så pass hög. Beräkningarna medför nämligen en viss statistisk osäkerhet.

Den illaluktande och giftiga gasen, som plötsligt var på alla astronomers läppar, är enligt Jane Greaves ammoniakens "onda kusin".

Ammoniak består av en kväveatom och tre väteatomer. Fosfin är uppbyggt på samma sätt men med en fosforatom i stället för kväve. Här på jorden kan fosfin skapas industriellt, men gasen bildas även naturligt av bakterier i syrefria miljöer.

Följaktligen är fosfin en så kallad biomarkör, ett tecken på biologiskt liv, och eftersom det inte finns några fosfinfabriker på Venus stod det snart klart för forskarna att gasfyndet i Venus atmosfär var något utöver det vanliga.

Fosfin kan bara komma från liv

Fosfinfyndet utgör inte något direkt, otvetydigt bevis på liv på Venus. På jorden finns det visserligen mycket tåliga bakterier som klarar av att leva i vatten med omkring fem procents syrahalt, men andelen svavelsyra i Venus moln ligger troligen någonstans kring 90 procent.

Om en livsform verkligen kan överleva i en så frätande miljö är fortfarande osäkert.

Man vet heller inte hur en ovanligt tålig mikrob av det här slaget kan tänkas se ut, men forskare vid MIT är nu i full färd med att undersöka om mikrober eventuellt kan överleva i de mycket sura luftlagren genom att söka skydd i små droppar.

Forskarna har flera teorier om varför mikroberna lägger energi på att producera fosfinet.

Det kan vara så att gasen är en restprodukt av mikrobernas ämnesomsättning, men några andra förslag är att bakterierna använder fosfinet som en försvarsmekanism mot andra bakterier – eller kanske som ett sätt att kommunicera.

Hur som helst är det svårt att förklara närvaron av fosfin på en planet utan liv. Närmare studier av molekylen har dock förstärkt misstanken.

MIT-forskaren Clara Sousa-Silva och hennes kollegor har till exempel studerat om naturliga icke-biologiska källor kan tänkas ligga bakom gasen.

Studien visade att exempelvis vulkanisk aktivitet, mineraler från planetens yta eller blixtar i atmosfären är möjliga källor till fosfinbildning på Venus, men inget av dessa kan producera så stora mängder gas som astronomerna nu eventuellt har mätt upp.

Sousa-Silvas studier visar att fynd av gasen i en främmande planets atmosfär är en mycket stark biomarkör, eftersom andra källor än biologiskt liv med stor sannolikhet kan uteslutas.

Därmed åtskiljer fosfin sig från andra biomarkörer som syre och metan, som här på jorden är tydliga tecken på biologisk aktivitet i form av fotosyntes och djurliv.

Både metan och syre kan nämligen också vara falska positiva tecken i andra planeters atmosfär, eftersom metan exempelvis kan frambringas av vulkanisk aktivitet, medan syre kan komma från ett hav som har förångats från planetens yta.

Liv kan frodas i rent väte

Forskarnas upptäckt aktualiserar den urgamla frågan om det finns liv någon annanstans i universum än på jorden, möjligtvis också i vårt eget solsystem.

När det gäller atmosfärer på andra planeter eller exoplaneter har forskarna på senare år vidgat sina vyer för vilka typer av miljöer som kan hysa liv.

Normalt har solsystemets gasplaneter, med sina väte- och heliumrika atmosfärer, inte ansetts kunna ha något liv, men en forskargrupp från MIT har nu visat att bakterien Escherichia coli kan överleva i en miljö bestående av enbart väte.

Det åtskiljer sig radikalt från jordens atmosfär, som utgörs av övervägande kväve och syre och endast små mängder väte.

Anledningen till att man letar uppe bland molnen kan vara att livet inte har haft någon annan möjlighet att överleva.

Forskare vid bland annat Nasas Goddard Institute for Space Studies har spolat tillbaka tiden på Venus med hjälp av datorsimuleringar av planetens klimat.

Simuleringarna visar att Venus för omkring två miljarder år sedan kan ha haft ett milt klimat med flytande vatten på ytan.

Därmed kan det ha funnits goda förutsättningar för biologiskt liv långt innan vulkanutbrott för en halv miljard år sedan satte turbofart på växthuseffekten och sannolikt omöjliggjorde allt liv på ytan.

Därför vill astronomerna nu gärna sända nya rymdfarkoster till Venus för att ta prover i atmosfären som kan visa om det finns små bakterier eller andra livsformer i planetens atmosfär eller om fosfinet har något annat ursprung.

Sedan 2015 har den lilla japanska rymdfarkosten Akatsuki legat i omloppsbana runt Venus och undersökt planetens atmosfär med fem kameror, som bland annat har fotograferat moln och blixtar i ultravioletta och infraröda våglängder.

Akatsuki har registrerat mörka områden i atmosfären där UV-ljus absorberas. Forskarna vet ännu inte varför, men det kan vara mikrober i atmosfären som absorberar ljuset.

Astronomerna har många förslag på Venusexpeditioner som under de kommande årtiondena skulle kunna lära oss mer om den heta planeten, som kanske kan bli den första platsen utanför jorden där vi slutligen hittar liv.

Bland de framtida expeditionerna finns en rad obemannade sonder, men om det är upp till Nasa kommer även människor att kunna besöka planeten i framtiden.

Nasa arbetar med ett koncept vid namn Havoc (High Altitude Venus Operational Concept), baserat på ett upp till 129 meter långt luftskepp som ska sväva i atmosfären på cirka 50 kilometers höjd. Där kan två astronauter bo i en gondol med vanligt atmosfäriskt tryck i upp till en månad i taget.

Högtflygande bakterier på jorden

De kommande Venusexpeditionerna kan förhoppningsvis räta ut de frågetecken som fortfarande kringgärdar upptäckten av fosfin.En forskargrupp med deltagare från bland annat Nasa har sått tvivel om huruvida det faktiskt rör sig om fosfin.

Enligt forskarna kan det även vara svaveldioxid, som Venus atmosfär är rik på. Men om upptäckten bekräftas placeras jordens brännheta tvilling i framkanten av jakten på liv efter att i årtionden ha befunnit sig i skuggan av Mars.

Här på jorden har studier visat att mikroorganismer kan överleva långt upp i stratosfären, på 38 000 meters höjd, men troligen bara i några dagar på grund av den starka UV-strålningen.

Längre ner i atmosfären ökar chansen för överlevnad väsentligt. Forskarna tror därför att bakterier tar sig till olika delar av planeten via atmosfären.

Eftersom livsbetingelserna på jordens yta är så goda har de dock inget behov av att stanna kvar i atmosfären under någon längre tid.

Men så är det inte på Venus, där mycket tyder på att eventuella bakteriers enda chans till överlevnad har varit att vistas högt uppe i atmosfären.

En dag kommer kanske forskarna att få svar på om livet faktiskt är så robust att det har kunnat utvecklas och överleva genom att vistas bland molnen på Venus.