Het moet 300 miljoen en 100 miljoen jaar geleden voor aliens aanzienlijk gemakkelijker zijn geweest dan nu om – na atmosferisch onderzoek – leven op aarde te ontdekken. Tot die opmerkelijke conclusie komen Amerikaanse onderzoekers.
Hun bevindingen zijn terug te lezen in het blad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters en gebaseerd op modellen. Met behulp van die modellen gingen de onderzoekers allereerst na hoe de atmosfeer van de aarde in de afgelopen 540 miljoen jaar in elkaar stak. Ze richtten zich daarbij specifiek op de atmosferische concentraties zuurstof, ozon en methaan: elementen die – zeker wanneer ze in combinatie met elkaar in de atmosfeer van een planeet voorkomen – sterk hinten op de aanwezigheid van leven. Nadat de onderzoekers hadden vastgesteld in welke concentraties deze elementen in de afgelopen honderden miljoenen jaren in onze atmosfeer voorkwamen, gingen ze nog een stap verder. Ze gingen namelijk na wat telescopen die we vandaag de dag gebruiken om de leefbaarheid van verre exoplaneten te beoordelen (zie kader) zouden hebben gezien als ze op verschillende momenten in de afgelopen 540 miljoen jaar vanaf een afstandje naar de aarde hadden gekeken. Hamvraag was daarbij natuurlijk of die telescopen in staat zouden zijn om de op leven duidende concentraties zuurstof, ozon en methaan – en daarmee dus ook het leven op aarde – op te merken.
Resultaten
En het onderzoek levert tamelijk opzienbarende resultaten op. Zo hinten de modellen erop dat het leven op aarde zich 300 miljoen en 100 miljoen jaar geleden middels die atmosferische concentraties zuurstof, methaan en ozon veel duidelijker etaleerde dan nu. Dat betekent dat het vandaag de dag voor eventuele aliens dus veel lastiger is om het leven op aarde te ontdekken en dat het 300 miljoen en 100 miljoen jaar geleden juist veel gemakkelijker moet zijn geweest.
Is er leven op andere planeten? Het is een vraag die mensen al heel lang bezighoudt en waar wetenschappers nu dankzij krachtige telescopen als James Webb ook echt een antwoord op kunnen gaan vinden. En wel door in de atmosfeer van potentieel leefbare werelden op zoek te gaan naar gassen die daar door levensvormen in zijn gepompt (zogenoemde biosignaturen). “Wanneer licht van een ster onderweg naar ons door de atmosfeer van een exoplaneet reist, absorberen de gassen in die atmosfeer licht op specifieke golflengten,” legt onderzoeker Rebecca Payne uit aan Scientias.nl. En door de intensiteit van het licht (dat ons, of nauwkeuriger gezegd: onze telescopen, red.) bereikt, te meten, kunnen onderzoekers dan ook nagaan welke gassen in de atmosfeer van de exoplaneet aanwezig zijn en zelfs een inschatting maken van hun relatieve concentraties. En uit de samenstelling van die atmosfeer kan dan – met een beetje geluk – worden afgeleid of op het oppervlak van zo’n buitenaardse wereld leven te vinden is. En dat werkt niet alleen in onze zoektocht naar buitenaards leven, maar – in ieder geval in theorie – ook in de zoektocht van buitenaards leven naar aards leven. Want stel dat een alien op dit moment met een James Webb-achtige telescoop naar de atmosfeer van de aarde kijkt, wat meet hij dan? Allereerst een opmerkelijk hoge zuurstofconcentratie. Die wordt in het geval van de aarde mede mogelijk gemaakt door fotosynthetiserende planten, maar dat weet die alien natuurlijk niet. Hij meet alleen die hoge zuurstofconcentratie. En hoewel dat op zichzelf al een aardige biosignatuur is, is het nog geen doorslaggevend bewijs voor het bestaan van leven op aarde, zo legt Payne uit. “Want er zijn ook manieren om atmosferisch zuurstof te maken zonder dat daar leven aan te pas komt.” Daarom pleiten veel onderzoekers er in de zoektocht naar buitenaards leven ook voor om ons niet blind te staren op één gas, maar te focussen op zogenoemde ‘biosignatuur-paren’. “Dat zijn twee gassen die meestal van verschillende typen leven afkomstig zijn en constant met elkaar reageren en elkaar daarbij uit de atmosfeer verwijderen, maar – doordat levensvormen beide elementen in grote hoeveelheden blijven maken – er toch in slagen om in die atmosfeer vertegenwoordigd te blijven.” Een mooi voorbeeld van zo’n biosignatuur-paar is zuurstof en methaan of ozon (dat gemaakt wordt van zuurstof) en methaan. “Het zijn misschien wel de beste biosignatuur-paren die we vandaag de dag in de atmosfeer van de aarde aantreffen,” stelt Payne. “Dat komt omdat beide paren bestaan uit gassen die gemaakt worden door leven en continu met elkaar in gevecht zijn. Zuurstof (of ozon) en methaan gaan namelijk niet samen, maar fotosynthetische planten creëren een enorme hoeveelheid zuurstof en microbieel leven maakt veel methaan, dus blijven die elementen toch allemaal in de atmosfeer aanwezig.”
Sterker signaal
Als aliens vandaag de dag van een afstandje naar onze planeet zouden kijken, zouden ze uit de aanwezigheid van zuurstof (of ozon) met methaan dus af kunnen leiden dat er leven op aarde is. Maar voor dit onderzoek gingen de wetenschappers na hoe dat atmosferische signaal van leven er door de tijd heen heeft uitgezien. En dat leidt zoals gezegd tot een opmerkelijke conclusie. “Ons onderzoek wijst uit dat deze biosignatuur-paren ook in de afgelopen honderden miljoenen jaren detecteerbaar waren. En – misschien nog wel veel opwindender – het signaal zou op bepaalde momenten in de geschiedenis (zoals tijdens het Jura, toen er veel meer zuurstof in de atmosfeer zat dan vandaag de dag) nog veel duidelijker zijn geweest dan nu.” In andere woorden: voor potentiële aliens die door atmosferisch onderzoek proberen uit te vogelen of andere planeten leven herbergen, moet het in de tijd van de dinosaurussen een stuk gemakkelijker zijn geweest dan nu om aards leven te ontdekken.
300 en 100 miljoen jaar geleden
Heel concreet wijzen de modellen van Payne en collega Lisa Kaltenegger uit dat de atmosfeer van de aarde 300 en 100 miljoen jaar geleden duidelijker van leven getuigde dan nu. “300 miljoen jaar geleden kwam dat doordat bomen in de 100 miljoen jaar ervoor geëvolueerd waren en op de continenten voor het eerst bossen ontstonden,” legt Payne uit. “Dat resulteerde erin dat er ongeëvenaarde hoeveelheden zuurstof geproduceerd werden. En 100 miljoen jaar geleden – toen de dinosaurussen op aarde rondliepen – viel het supercontinent Pangea uiteen en dat leidde tot veranderingen in de continenten waardoor de zuurstofconcentratie opnieuw tijdelijk toenam. In beide gevallen herbergde de atmosfeer meer zuurstof dan nu, maar bleef er ook methaan in de atmosfeer voorkomen en dat resulteert in een krachtiger biosignatuur-signaal tijdens deze perioden (…) “Dus het kan voor een alien in de tijd van de dinosaurussen inderdaad gemakkelijker zijn geweest om (uit atmosferisch onderzoek, red.) af te leiden dat de aarde bewoond was.”
Implicaties
Het idee dat het leven op aarde ooit een veel grotere stempel op de aardatmosfeer drukte, is fascinerend. Maar het heeft ook implicaties voor onze zoektocht naar leven op andere planeten. Op dit moment zijn ons zo’n 40 rotsachtige buitenaardse werelden bekend die mogelijk vloeibaar water kunnen herbergen. En het is een kwestie van tijd voor de James Webb-telescopen in hun atmosfeer – als ze die hebben – op zoek gaan naar biosignaturen. Het onderzoek van Payne benadrukt allereerst nog maar eens hoe belangrijk het is dat we ons daarbij niet blindstaren op één biosignatuur, maar zoeken naar combinaties daarvan.
Buitenaardse dino’s?
Maar misschien nog wel veel belangrijker: het onderzoek laat ook maar weer eens zien dat dé leefbare planeet niet bestaat. Nu wordt er vaak gezocht naar kopieën van de aarde – de enige planeet waarvan we op dit moment met zekerheid weten dat deze leven herbergt – of aardatmosfeer. Maar het nieuwe onderzoek laat zien dat de aarde en haar atmosfeer er in de tijd van de dinosaurussen – ook van een grote afstand bezien – heel anders uitzagen, maar wel veel duidelijker communiceerden dat ze leefbaar waren. En misschien moeten we ons in onze zoektocht naar buitenaards leven dan ook wel meer focussen op planeten die wat minder op de hedendaagse aarde lijken en wat meer weghebben van hoe de aarde er in de tijd van de dino’s uitzag. Want – zo tonen Payne en Kaltenegger aan – dat kan het weleens eenvoudiger maken om overtuigend bewijs voor leven te vinden. “Hopelijk gaan we enkele planeten vinden die meer zuurstof in hun atmosfeer hebben zitten dan de aarde nu heeft, omdat dat de zoektocht naar leven een beetje gemakkelijker kan maken,” aldus Kaltenegger. “En wie weet, misschien wachten daar dan ook wel dinosaurussen op ontdekking.”
Dat laatste is natuurlijk gekscherend bedoeld. Maar wat het onderzoek wél voorzichtig suggereert, is dat een planeet met een atmosfeer die heel anders in elkaar steekt dan die van de hedendaagse aarde, nog steeds wel heel interessante levensvormen kan herbergen. Zo wijst de geschiedenis van de aarde uit dat een planeet met een atmosfeer die voor 30 procent uit zuurstof bestaat heus niet alleen bewoond hoeft te worden door microben, maar juist ook uitermate geschikt is voor heel grote organismen. “Grote meercellige levensvormen op aarde evolueerden en diversificeerden enorm zodra de zuurstofconcentratie hoog genoeg was,” aldus Payne. “En veel grote en complexe levensvormen (zoals mensen!) vereisen hoge zuurstofconcentraties om te overleven. En er is ook onderzoek dat suggereert dat zuurstofconcentraties in de atmosfeer hoog moeten zijn om organismen zo groot als dinosaurussen mogelijk te maken en aan de energievraag van zulke grote lichamen te kunnen voldoen. Het is een complex verhaal, maar het is zeker mogelijk dat een wereld met veel zuurstof een thuis is voor grote en complexe levensvormen.”
