우리는 우주에서 혼자입니까? 이것은 수세기 동안 인간에게 흥미를 느끼고 수많은 연구와 소설 작품에 영감을 준 질문입니다. 그러나 우리는 이것을 찾는 데 가까워지고 있습니까? 이제 James Webb Space Telescope (JWST)가 작동 중이 었으므로, 우리는이 날에 대답 할 수있는 한 번의 도약을했을 것입니다.
.JWST의 4 가지 주요 목표 중 하나는 외계 행성 (태양계 외부에있는 행성)을 연구하고 대기가 구성되는 가스를 결정하는 것입니다. 이제 지구상에서 지구상의 산소의 변화에 대한 새로운 연구는 실제로 무엇을 찾아야하는지에 대한 단서를 제공했습니다.
다른 행성에서 삶이 어떻게 진화 할 수 있는지, 언제, 언제, 왜 진화 할 수 있는지 이해하기 위해, 우리가 현재 어떤 삶을 주최하는지에 대해 알고있는 유일한 행성을 바라 보는 것이 합리적입니다. 우리 자신의 행성의 복잡한 진화 역사를 이해하면 삶을 지원할 수있는 다른 행성을 찾는 열쇠가 될 수 있습니다.
수명과 산소
우리는 동물이 생존하기 위해 산소가 필요하다는 것을 알고 있지만 스폰지와 같은 일부는 다른 스폰지보다 적게 필요합니다. 그러나 오늘날 산소가 쉽게 구할 수 있지만 대기의 21%를 차지하지만, 우리는 이것이 대부분의 지구 역사에서 사실이 아니라는 것을 알고 있습니다.
우리가 약 4 억 5 천만 년 전에 과거를 깊이 여행했다면, 우리는 산소 탱크를 우리와 함께 공급해야합니다. 그러나 우리가 덜 확실한 것은 시간이 지남에 따라 대기와 바다에서 산소의 절대적인 양과 산소 수준의 상승이 동물의 생명의 진화에 연료를 공급했는지, 그 반대도 마찬가지입니다. 이 질문들은 실제로 수많은 토론과 수십 년간의 연구를 촉발 시켰습니다.
현재의 사고는 산소 수준이 세 단계로 상승했다는 것입니다. “큰 산화 사건”이라고 불리는 첫 번째는 약 24 억 년 전에 발생하여 지구를 대기의 산소와 바다를 영구적 인 특징으로 산소로 바꾸는 지구에서 지구를 변형시켰다. 세 번째는 약 4 억 2 천만 년 전에 발생했으며“고생대 산소화 사건”이라고 불립니다.
그러나 약 8 억 년 전, 그 사이에는 두 번째 단계가 있습니다 :“신생 동물 산소화 사건”또는 NOE. 처음에 해저에 형성된 퇴적암에서 추출한 정보는이 기간 동안 산소가 현대 수준과 같은 것으로 상승한 것이라고 제안했습니다.
그러나 그 이후로 수집 된 더 많은 데이터는 더 흥미로운 산소 이력을 제안했습니다. 중요하게도, NOE는 약 6 억 년 전에 나타나는 첫 번째 동물의 증거 직전에 발생했습니다.
모델링 산소 수준
우리는 NOE 동안 대기 산소 수준을 탐색하고 재구성하여 첫 번째 동물이 어떤 조건에 나타 났는지 확인하기 시작했습니다. 이를 위해, 우리는 지구의 컴퓨터 모델을 구축하여 대기에 산소를 전달하거나 제거 할 수있는 다양한 과정에 대한 지식을 통합했습니다.
.우리는 고대 광합성 속도를 계산하기 위해 전 세계적으로 퇴적 된 탄소 함유 암석을 조사했습니다. 광합성은 식물과 미생물이 햇빛, 물 및 이산화탄소를 사용하여 설탕 형태의 산소와 에너지를 생성하는 과정 - 지구상의 주요 산소 공급원입니다.
탄소는 자연적으로 많은 동위 원소에 존재합니다. 핵에 다른 수의 중성자가있는 원자 (핵은 양성자와 중성자로 구성됨). 따라서 다른 동위 원소는 서로 약간 다른 크기와 질량을 가지고 있습니다.
우리는 탄소 -12 및 탄소 -13으로 알려진 탄소의 동위 원소를 보았는데, 이는 방사능 붕괴를 겪지 않습니다. 식물은 가장 가벼운 동위 원소 인 Carbon -12를 선호합니다 - 광합성 중에 해수와 그 후에는 탄소 13으로 풍부한 바다에 형성되는 암석을 남겨 둡니다.
.우리 가이 암석을 분석 할 때, 수백만 또는 수십억 년 후에, 탄소 -12보다 탄소 -13이 더 많은 것을 발견하면 더 많은 광합성과 더 많은 산소 생산이 발생했음을 예측할 수 있습니다. 그런 다음 산소와 반응하는 가스를 방출하여 대기에서 제거 할 수있는 화산 활동을 모델링했습니다.
이 접근법은 조금 이상하게 들릴 수 있으며, 왜 우리가 측정 해야하는지 더 직접적인 것이 없는지 물어볼 수 있습니다. 이 시간의 대부분의 지질 학적 증거는 보존되지 않았으며, 이러한 탄소 동위 원소 비율은이 기간 동안 우리가 가지고있는 몇 가지 잘 정의 된 데이터 세트 중 하나이기 때문입니다.
.우리가 발견 한 것은 신생적 인 시대 동안 산소 수준의 간단한 점프보다는 대기의 산소량이 크게 바뀌었고 지질 학적 시간에서 매우 빠르게 변화한다는 것입니다. 7 억 5 천만 년 전, 산소는 대기의 12%를 차지했지만 불과 수천만 년 만에 몇 백만 년 후에 다시 상승하기 전에 약 0.3% - 작은 분수로 떨어졌습니다.
우리의 연구에 따르면 대기 산소는 아마도 약 4 억 5 천만 년 전에 식물이 땅에서 발판을 얻을 때까지 높은 수준과 낮은 수준 사이 에서이 춤을 계속했을 것입니다.
외계인 생활 검색
이 결과는 여러 가지 이유로 흥미 롭습니다. 우리는 종종 생명이 번성하기 위해서는 지난 45 억 년 동안 지구가 경험 한 상대적 안정성이 필요하다고 생각했습니다. 결국, 아스테로이드 영향과 같은 큰 사건이 발생했을 때, 그것은 일부 지구의 주민들에게 잘되지 않았습니다 (죄송합니다, 공룡)
그러나 첫 번째 동물이 매우 가변적 인 산소 수준의 배경에 대해 진화했다면, 생태 혁신을 촉진하기 위해서는 일부 동적 변화가 필요할 수 있음을 시사합니다.
우리의 결과는 대기 산소 수준이 낮은 기간이 일부 간단한 유기체의 멸종을 주도하고 산소 수준이 다시 상승했을 때 생존자가 확장하고 다양 화하도록함으로써보다 복잡한 수명을 발전시키는 데 중요 할 수 있음을 시사합니다. 따라서 우리는 산소가 열악한 분위기를 가진 외계 행성을 자세히 살펴 보지 말아야합니다.
물론 이것은 매우 지구이며 심지어 동물 중심의 견해입니다. 외계인의 삶은 지구상의 삶과 완전히 다를 수 있습니다. 예를 들어, 액체 메탄과 에탄의 바다가있는 토성의 달 중 하나 인 타이탄과 같은 행성 몸에 존재할 수 있습니다. 그러나 외계인 생명을 찾는 출발점으로 지구상의 대기 산소의 역사를 이해하는 것이 유용한 가이드입니다. 
Alex Krause, Earth System Modeling의 연구원, ucl 및 Benjamin J. W. Mills, Leeds University의 생지 화학 모델링 부교수
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