Использование космических телескопов «Кеплер» и TESS позволило обнаруживать экзопланеты. С введением в эксплуатацию телескопа Джеймс Уэбб стало возможным определение их характеристик. Методика основана на анализе спектров излучения атмосфер. Исследования сосредоточены в основном на обнаружении биосигнатур.

При этом нет единого мнения относительно эталонных биосигнатур, которые следует искать. Сейчас в качестве шаблона используется земная жизнь. Однако ученые отмечают, что с эволюцией планеты она значительно изменилась.

На основе этого в новом исследовании ученые установили биосигнатуры, соответствующие ранней жизни на Земле, которые они предлагают использовать для анализа TRAPPIST-1e.

Данная система с красным карликом вызвала научный интерес в 2016 г. ввиду обнаружения в ней трех экзопланет. В следующем году было найдено еще 4 таких объекта. При этом нет однозначного мнения о возможностях существования жизни в системах звезд M-типа. Против этого выступают такие факторы, как изменчивость таких звезд, предполагающая резкие проявления активности, а также выделение ими недостаточного количества фотонов для фотосинтеза. В пользу присутствия жизни говорит наличие в таких системах множества каменистых планет.

К необходимым факторам для наличия жизни ученые также относят плотную атмосферу магнитные поля, механизмы теплопередачи.

Земля в архее имела атмосферу, состоящую преимущественно из углекислого газа, метана и вулканических газов. Жизнь была представлена анаэробными микроорганизмами. Многоклеточные организмы появились только в среднем протерозое (1,62 млрд. лет назад).

К тому же гипотеза Великого фильтра гласит, что при потенциальной распространенности жизни во Вселенной, ее развитые формы встречаются очень редко. Это обусловлено сложностью и длительностью эволюционного развития.

Таким образом, потенциально наиболее распространенными формами жизни вне Земли являются анаэробные микроорганизмы вроде земных архейских. Тогда требуется выделение соответствующих им биосигнатур.

Для решения этой задачи исследователи разработали модель, позволяющую учесть влияние ранних форм жизни на условия, подобные архейским. Эти процессы заключаются в создании океаническими микроорганизмами углеводов и метана на основе поглощенных молекул водорода и угарного газа. Исходя из этого был рассмотрен механизм газообмена между океаном и атмосферой. Он ведет к замещению водорода и окиси углерода метаном.

При этом ученые отметили, что архейские биосигнатуры предполагают наличие метана, углекислого газа и водяного пара и отсутствие угарного газа. Водяной пар является индикатором наличия воды, в то время как совместное существование метана и угарного газа возможно только в условиях поддержания неравновесного состояния организмами, т. к. без них произойдет переход в какую-то одну форму. К тому же считается, что угарный газ будет потребляться организмами.

При высокой концентрации этих газов в атмосфере они растворяются в океане для компенсации потребления организмами водорода и окиси углерода. С ростом содержания биогенного метана в океане он начнет поступать в атмосферу, участвуя в химических реакциях.