ไกลซีนและฟอสฟีน(ตรวจซ้ำ) บนดาวศุกร์

 

ดูเหมือนดวงตาทุกคู่จะจับจ้องไปที่ดาวศุกร์แล้วในตอนนี้ การค้นพบฟอสฟีน-สิ่งที่อาจเป็นตัวระบุทางชีวภาพในชั้นบรรยากาศส่วนบนของดาวเคราะห์เมื่อเดือนกันยายน ได้ดึงดูดความสนใจมากมายอย่างที่มันควรจะเป็น แต่ก็ยังคงมีความคลาดเคลื่อนบางส่วนว่าการค้นพบฟอสฟีนนี่หมายความว่าอย่างไรกันแน่

     ขณะนี้ ทีมนักวิจัยอ้างว่าพวกเขาได้ค้นพบกรดอะมิโนไกลซีน(glycine) ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ รายงานที่ประกาศการค้นพบนี้มีหัวข้อว่า Detection of simplest amino acids glycine in the atmosphere of the Venus ผู้เขียนนำได้แก่ Arijit Manna นักวิจัยปริญญาเอกที่แผนกฟิสิกส์ที่ มิดนาโปร์ ในเวสต์เบงกอล อินเดีย รายงานยังอยู่ในเวบก่อนตีพิมพ์ arXiv.org ซึ่งหมายความว่ามันยังไม่ได้ถูกทบทวนโดยผู้รู้เสมอกัน(peer-reviewed หรือพิชญพิจารณ์) และยังไม่ได้ตีพิมพ์ในวารสารใดๆ

     เท่าที่ทราบมีกรดอะมิโนประมาณ 500 ชนิดที่พบกัน แต่มีเพียง 20 ชนิดที่เกี่ยวข้องกับรหัสพันธุกรรม ไกลซีนเป็นกรดอะมิโนรูปแบบที่ง่ายที่สุด แม้ว่าไกลซีนและกรดอะมิโนอื่นๆ จะไม่ได้เป็นสัญญาณทางชีวภาพ แต่พวกมันเป็นวัตถุดิบบางส่วนของชีวิต ในความเป็นจริง พวกมันเป็นวัตถุดิบในการสร้างโปรตีน พวกมันยังเป็นโมเลกุลอินทรีย์แรกๆ ที่ปรากฏบนโลกด้วย ไกลซีนมีความสำคัญในการพัฒนาของโปรตีน และสารประกอบทางชีววิทยาอื่นๆ

โครงสร้างของกรดอะมิโน(amino acids) ซึ่งเป็นโมเลกุลพื้นฐานของโปรตีน กรดอะมิโนที่จำเป็นต่อชีวิตมีเพียง 20 ชนิด โดยมีไกลซีน เป็นกรดอะมิโนที่มีโครงสร้างง่ายที่สุด โดย R-group เป็น ไฮโดรเจน

     นักวิจัยใช้ ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) เพื่อตรวจจับไกลซีนในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ด้วยการวิเคราะห์สเปคตรัม พวกเขาพบมันในละติจูดกลางๆ ใกล้กับศูนย์สูตร ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีสัญญาณแรงที่สุด โดยไม่พบสัญญาณที่ขั้วทั้งสองเลย

     ในรายงาน ผู้เขียนเขียนไว้ว่า การตรวจจับมัน(ไกลซีน) ในชั้บรรยากาศของดาวศุกร์อาจจะเป็นหนึ่งในกุญแจสู่ความเข้าใจกลไกการก่อตัวของโมเลกุลตั้งต้นทางชีวภาพ(prebiotic molecules) ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ ชั้นบรรยากาศส่วนบนของดาวศุกร์อาจจะกำลังมีหนทางทางชีววิทยาคล้ายๆ กับที่โลกเคยเป็นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน บรรทัดทั้งสองข้างต้นนี้ทำให้เราตาสว่าง หรือจะมีกระบวนการทางชีววิทยาบางอย่างกำลังเกิดขึ้นในก้อนเมฆของดาวศุกร์ มันอาจจะเป็นกุญแจดอกหนึ่ง และมันก็อาจจะกำลังก้าวผ่านสิ่งเดียวกับที่โลกเคยเป็น นี่หมายความว่าอย่างไร

    เริ่มจากฟอสฟีน มาไกลซีน ในช่วงกลางเดือนกันยายน ทีมนักวิจัยได้รายงานการค้นพบฟอสฟีน(phosphine) ในชั้นบรรยากาศส่วนบนของดาวศุกร์(Greaves et al., 2020) เช่นเดียวกับไกลซีน มันก็ถูกพบสัญญาณที่รุนแรงกว่าในช่วงละติจูดกลาง ฟอสฟีนอาจเป็นสัญญาณทางชีวภาพที่นั้น และเป็นบนโลก และมันยังสามารถถูกสร้างได้โดยปฏิกิริยาเคมี แม้ว่าจะต้องพลังงานจำนวนมาก ฟอสฟีนเคยถูกพบที่ดาวพฤหัสฯ และดาวเสาร์ ซึ่งมีพลังงานเหลือเฟือในการสร้างสารประกอบนี้ แต่ดาวศุกร์ไม่ได้มีแหล่งพลังงานที่จะใช้เพื่อสร้างมันได้

     ทีมนักวิจัยที่ค้นพบฟอสฟีนเองก็ยังสงสัยว่าการค้นพบฟอสฟีน ในรายงาน พวกเขาจะยินดีถ้ามีนักวิจัยคนอื่นๆ บอกว่าการมีอยู่ของฟอสฟีนนั้นไม่เกี่ยวข้องกับชีวิต ขณะนี้นักดาราศาสตร์จะคิดในทุกทิศทางเพื่อสร้างฟอสฟีนโดยไม่ต้องใช้ชีวิต และผมก็ยินดีเลย ช่วยทำด้วย เพราะเราอยู่ในปลายสุดของความเป็นไปได้ใดๆ ที่จะแสดงว่ากระบวนการทางอชีววิทยาสามารถสร้างฟอสฟีนขึ้นมา

ภาพจากศิลปินแสดงโมเลกุลฟอสฟีนในชั้นเมฆของดาวศุกร์ งานวิจัยใหม่ๆ ตั้งข้อสงสัย ในขณะที่ทีมค้นพบเดิมบอกว่า ฟอสฟีนน่าจะมีปริมาณน้อยกว่าที่เคยบอกไว้

     ตามคำเรียกร้อง จากนั้นเพียงไม่กี่สัปดาห์ นักวิจัยอีกทีมหนึ่งก็หาทาง ในรายงานที่เรียกว่า มุมมองสมมุติฐาน(hypothesis perspective) พวกเขาบอกว่าภูเขาไฟอาจจะเป็นตัวสร้างฟอสฟีนขึ้นมา เราตั้งสมมุติฐานว่าฟอสไฟด์จำนวนน้อยนิดได้ก่อตัวขึ้นในชั้นหินหลอมเหลว(mantle) น่าจะถูกนำขึ้นสู่พื้นผิวโดยการระเบิดภูเขาไฟ และจากนั้นต่อมาก็ถูกผลักขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ที่ซึ่งพวกมันจะทำปฏิกิริยากับน้ำ หรือกรดกำมะถัน เพื่อสร้างฟอสฟีนขึ้นมา

     การตรวจพบฟอสฟีนก่อตัวขึ้นจากพื้นหลังจากการค้นพบล่าสุดนี้ การค้นพบทั้งสองก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของคำถามยิ่งใหญ่กว่ากับดาวศุกร์ก็คือ มีชีวิตหรือศักยภาพสำหรับชีวิตบนดาวศุกร์หรือไม่ หรือสารเคมีเหล่านี้ไม่เกี่ยวข้องกับชีวิตเลย

     นักวิจัยได้จำแนกพื้นที่ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ที่อาจจะเอื้อต่อชีวิต มันน่าจะเป็นการเรียงตัวที่แปลกประหลาดและไม่ปกติจากมุมมองของเรา ดาวศุกร์นั้นไม่น่าอยู่อาศัยอย่างสุดขั้วในเกือบทุกส่วน ชั้นบรรยากาศก็เป็นกรด อุณหภูมิก็ร้อนพอที่จะหลอมยานอวกาศได้ และความดันชั้นบรรยากาศก็กดทับเหลือเกิน แต่สูงขึ้นไปในเมฆ ระหว่างประมาณ 48 ถึง 60 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว อุณหภูมิไม่ได้ถึงตายขนาดนั้น ที่ระดับความสูงดังกล่าว อุณหภูมิอยู่ในช่วงตั้งแต่ -1 จนถึง 93 องศาเซลเซียส ซึ่งดูย้อนแย้ง แต่นักวิทยาศษสตร์บางคนคิดว่าน่าจะมีชีวิตรูปแบบง่ายๆ อาศัยอยู่ได้ มีการขยายเผ่าพันธุ์โดยไม่ต้องสัมผัสกับพื้นผิวดาวเคราะห์ ฟอสฟีนก็ถูกทำลายได้ง่าย ดังนั้นมันจะต้องมีการสร้างฟอสฟีนขึ้นมาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ตรวจจับได้ ชีวิตบนระดับความสูงเช่นนนั้นอาจจะเป็ฯแหล่งของฟอสฟีน

การไหลเวียนอากาศบนดาวศุกร์

      การค้นพบไกลซีนครั้งใหม่ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มปริศนาและความไม่แน่นอน ในรายงานนี้ นักวิจัยเสนอว่าแฮดลีย์เซลส์
(Hadley cells; การไหลเวียนชั้นบรรยากาศซึ่งอากาศลอยขึ้นใกล้กับศูนย์สูตร ไหลไปสู่พื้นที่ขั้วดาวเคราะห์) น่าจะถูกใช้เป็นที่อยู่ของชีวิต การไหลเวียนแฮดลีย์ในช่วงละติจูดกลางอาจจะช่วยให้มีสภาวะที่ค้ำจุนชีวิตได้เสถียรที่สุด โดยมีเวลาการไหลเวียน 70 ถึง 90 วันก็เพียงพอสำหรับจุลชีพ(ที่คล้ายกับที่พบบนโลก) จะเกิดการขยายพันธุ์ได้

     นอกจากนี้ การตรวจจับไกลซีนก็ยังสอดคล้องกับการตรวจจับฟอสฟีนด้วย การกระจายของไกลซีนที่ขึ้นอยู่กับละติจูด ค่อนข้างสอดคล้องกับขีดจำกัดการตรวจจับฟอสฟีนทีเพิ่งตรวจพบ และกับรอยต่อแฮดลีย์(Hadley-cell boundary) ส่วนบนที่เพิ่งเสนอขึ้นมา ซึ่งมีการไหลเวียนจากก๊าซระหว่างระดับความสูงที่ต่ำกว่าและที่สูงขึ้นไปอีก แต่ไกลซีนพบในระดับความสูงที่มากกว่าฟอสฟีน  

     ในขณะที่เป็นการค้นพบที่น่าสนใจและควรค่าที่จะศึกษาเพิ่มขึ้น การมีอยู่ของไกลซีนก็ไม่ได้ใกล้เคียงกับหมัดน๊อคเอาท์ในภารกิจค้นหาชีวิตในแห่งหนอื่น ผู้เขียนทราบสิ่งนี้ดีและระมัดระวังที่จะบอกไปถึงกรณีนี้ น่าจะต้องคำนึงว่าการตรวจพบไกลซีนในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์เป็นร่องรอยของการมีอยู่ของชีวิต แต่ก็ยังไม่ใช่หลักฐานที่สุด มันเป็นแค่องค์ประกอบที่ชีวิตต้องใช้ แต่ไม่ใช่ตัวบ่งชี้ถึงชีวิต

เปรียบเทียบปริมาณของไกลซีนและฟอสฟีนที่ระดับความสูงต่างๆ จากพื้นผิว จะสังเกตเห็นรูปกราฟที่มีลักษณะคล้ายกัน แต่ไกลซีนกระจุกที่ระดับความสูงมากกว่า

     รายงานเหล่านี้ยังชี้ไปถึงการทดลองในอดีตบางงานที่ออกแบบมาให้ทดสอบกำเนิดทางเคมีของชีวิตบนโลก ในปี 1953 การทดลองของมิลเลอร์-อูเรย์(Miller-Urey experiment) ที่โด่งดัง ได้สร้างสภาวะของโลกยุคต้นขึ้นมา นักวิจัยได้ทำของผสมทางเคมีระหว่างน้ำ, มีเธน, อัมโมเนีย และไฮโดรเจน และจากนั้นก็ใส่พลังงานเข้าไปเพื่อเลียนแบบฟ้าผ่า ผลที่ได้ก็คือซุปของสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้น การทดลองนี้สร้างกรดไกลโคลิค(glycolic acid) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของไกลซีนขึ้นมา และผลสรุปก็สนับสนุนทฤษฎีกำเนิดแบบไร้ชีวิต(abiogenesis) ไกลซีนที่พบในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ก็อาจจะถูกสร้างขึ้นผ่านเส้นทางเดียวกับในการทดลองมิลเลอร์-อูเรย์ และยังมีเส้นทางทางเคมีอื่นๆ สู่ไกลซีนเป็นไปได้ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ด้วย

     ในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์, เคมีฟิสิกส์ และชีวฟิสิกส์ เส้นทางปฏิกิริยาการสังเคราะห์กรดอะมิโนที่พื้นฐานที่สุดอย่างไกลซีน ตั้งแต่จากโมเลกุลพื้นๆ มีความสำคัญอย่างยิ่งใหญ่ต่อวิวัฒนาการทางเคมีและกำเนิดของชีวิต ผู้เขียนเขียนไว้ การตรวจพบไกลซีนในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์อาจจะบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตรูปแบบต้นๆ ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ เนื่องจากกรดอะมิโนเป็นวัตถุดิบของโปรตีน ดาวศุกร์อาจจะกำลังผ่านวิวัฒนาการทางเคมีในขั้นตอนปฐมภูมิ

Miller-Urey Experiment credit: simple.wikipedia.org

     หรืออาจจะไม่เป็นอย่างนั้น แม้บนโลกเอง ไกลซีนจะถูกสร้างโดยกระบวนการทางชีววิทยา แต่ก็เป็นไปได้ที่ไกลซีนของดาวศุกร์จะถูกสร้างโดยกระบวนการสังเคราะห์สารเคมีด้วยแสง(photochemical) หรือธรณีเคมี ซึ่งไม่พบบนโลก ดาวศุกร์นั้นแตกต่างอย่างมากกับโลก และก็มีกระบวนการที่เกิดขึ้นที่นั้นซึ่งไม่ปรากฏบนโลก นั้นจึงเป็นที่มาของคำเตือน

     รายงานฉบับนี้ก็ยังมีข้อด้อยในผลสรุป ยกตัวอย่างเช่น สัญญาณสเปคตรัมของไกลซีนนั้นใกล้เคียงกับซัลเฟอร์ออกไซด์ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่เกิดข้อผิดพลาดกับการตรวจพบไกลซีน และก็เป็นการตรวจจับเดี่ยวๆ ซึ่งไม่ได้ทดสอบซ้ำหรือตรวจทาน นอกจากนี้ ไกลซีนยังเป็นกรดอะมิโนรูปแบบที่พื้นๆ ที่สุดและพบได้ทุกแห่งหน แม้กระทั่งในดาวหางและอุกกาบาต ซึ่งจริงๆ แล้วไม่มีโอกาสสำหรับชีวิตบนวัตถุเหล่านั้นเลย

      นอกจากนี้ หลังจากการตรวจพบฟอสฟีนในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์เมื่อเดือนกันยายนแล้ว ก็มีรายงานหลายฉบับที่ตั้งคำถามถึงวิธีการสำรวจและข้อสรุป โดยทีมหนึ่งไปไกลถึงขนาดสรุปว่า “ไม่มีฟอสฟีน” ในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์อยู่เลย

     ในการศึกษาซึ่งนำโดยนักวิจัยจากกอดดาร์ดและเผยแพร่ใน Nature Astronomy วันที่ 26 ตุลาคม ได้วิเคราะห์ชุดข้อมูลจาก ALMA และกล้องเจมส์เคิร์กแมกซ์เวลส์ใหม่ ทีมได้บอกว่าข้อมูลสเปคตรัมที่แปลผลว่าเป็นฟอสฟีนนั้น แท้จริงแล้วใกล้เคียงอย่างมากกับกำมะถันไดออกไซด์(SO2) ซึ่งพบได้ทั่วไปในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ ในขณะที่การศึกษาอีกงานซึ่งนำโดยมหาวิทยาลัยไลเดน ข้อมูลสเปคตรัมที่ได้จาก ALMA ก็น่าจะอธิบายได้ด้วยการมีอยู่ของสารประกอบอื่นที่ไม่ใช่ฟอสฟีน จากจุดนี้ พวกเขาสรุปว่า ไม่พบการตรวจจับฟอสฟีนอย่างสำคัญในเชิงสถิติในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ และผลสรุปก่อนหน้านี้ก็ไม่เป็นจริง

     เป็นที่น่ายินดีว่า หลังจากทำการวิเคราะห์ข้อมูล ALMA ซ้ำอีกรอบ ทีมที่ทำการค้นพบเริ่มต้นก็สรุปได้ว่า มีฟอสฟีนอยู่จริงๆ ในชั้นเมฆของดาวศุกร์ แต่แค่ไม่มากอย่างที่พวกเขาเคยคิดไว้ ทีมเดิมที่ค้นพบฟอสฟีน ได้กลับไปวิเคราะห์การค้นพบเดิม โดยทีมสรุปว่า ข้อมูล ALMA ได้แสดงสัญญาณสเปคตรัมที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยสิ่งใดๆ นอกเหนือจากสารประกอบฟอสฟีน ซึ่งสเปคตรัมจากเจมส์เคิร์กก็บ่งชี้ถึงร่องรอยของฟอสฟีน จากข้อมูล ALMA ใหม่ ทีมประเมินว่าระดับฟอสฟีนเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 1 ppb หรือประมาณหนึ่งในเจ็ดของการประเมินก่อนหน้านี้

ในภาพ ข้อมูลสเปคตรัมเดิมที่ได้จาก ALMA(สีขาว) เช่นเดียวกับจาก JCMT(James Clerk Maxwell Telescope สีเทา) ซ้อนทับบนภาพดาวศุกร์ภาพนี้ซึ่งได้จาก ALMA เช่นกัน อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ข้อมูลจากทีมเดิมซ้ำ ได้พบว่าสัญญาณ ALMA นั้นอ่อนกว่าที่เคยคิดไว้ แต่ทีมคิดว่าซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไม่สามารถสร้างรายละเอียดสเปคตรัมอย่างที่เห็นเนื่องจากการดูดกลืนแสงของซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกิดขึ้นในช่วงความยาวคลื่นที่แคบกว่าที่ตรวจพบอย่างมาก

     ด้วยระดับนี้ พวกเขาบอกว่าน่าจะมีระดับสูงสุดที่ 5 ppb และมีการเปลี่ยนแปลงตามเวลาขึ้นอยู่กับตำแหน่ง ถ้าเป็นจริง สถานการณ์นี้ก็คล้ายกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์สำรวจพบบนดาวอังคาร ซึ่งระดับมีเธนขึ้นและลงตลอดช่วงปีดาวอังคาร และแปรผันในแต่ละพื้นที่

     และจากความเป็นไปได้นี้ นักชีวเคมี Rakesh Mogul จากมหาวิทยาลัยโพลิเทคนิคคาลิฟอร์เนียสเตท ในโพโมนา และเพื่อนร่วมงานได้กลับไปตรวจสอบข้อมูลจากปฏิบัติการไพโอเนียร์(Pioneer) ของนาซาซ้ำอีก ในปี 1978 ปฏิบัติการนี้ศึกษาชั้นเมฆของดาวศุกร์โดยหย่อนยานผ่านชั้นบรรยากาศ จากการวิเคราะห์ข้อมูลใหม่ Mogul และทีมได้พบหลักฐานของฟอสฟอรัส ซึ่งก็อาจเป็นหลักฐานของฟอสฟีนหรือสารประกอบฟอสฟอรัสอื่นๆ แม้ว่าทีม Mogul บอกว่าฟอสฟีนน่าจะเป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้มากที่สุด

     เพื่อที่จะหาคำตอบ เราต้องการยานอวกาศไปเยี่ยมเยือนดาวศุกร์ ปฏิบัติการดาวศุกร์ที่มีการเก็บตัวอย่างจากพื้นผิวและเมฆของดาวศุกร์โดยตรง อาจจะช่วยยืนยันแหล่งของไกลซีนและฟอสฟีนบนดาวเคราะห์ได้ การตรวจจับไกลซีนหรือฟอสฟีน ถ้ายืนยัน ก็จะเป็นการพัฒนาที่น่าตื้นตันอีกก้าวในความพยายามเพื่อเข้าใจการอุบัติของชีวิต หรือมันอาจจะกำลังแสดงให้เห็นว่าเคมีที่ดูเหมือนจะเป็นสารตั้งต้นชีวิต ก็เป็นเพียงสารตั้งต้นในกรณีที่พบได้ยากเท่านั้น และส่วนที่เหลือก็หมายถึงไม่มีอะไรเพิ่มเติมอีก ยังมีเรื่องราวอีกมากที่เรายังไม่รู้ และปฏิบัติการสู่ดาวศุกร์ก็เป็นหนทางเดียวที่จะค้นหาและตอบคำถามของเราได้ แต่สำหรับตอนนี้ เราสามารถวางใจได้ว่ายังไม่มีการพบสิ่งมีชิวิตบนดาวศุกร์ แต่เราอาจจะแค่ได้พบชิ้นส่วนปริศนาอีกชิ้นว่าชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์นั้นมีความซับซ้อน

แหล่งข่าว sciencealert.com : astronomers report that Venus’ atmosphere contains an amino acid found in DNA
                iflscience.com : amino acid detected in the atmosphere of Venus, new report suggests
                sciencealert.com : scientists have re-analyzed their data and still see a signal of phosphine at Venus- just less of it
                astronomy.com : prospects for life on Venus dim in reanalysis of phosphine data