Jak naukowcy poszukują życia pozaziemskiego

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Być może gdzieś we wszechświecie istnieją inne zamieszkałe światy. Ale dopóki ich nie znaleźliśmy, minimalnym programem jest udowodnienie, że życie poza Ziemią istnieje przynajmniej w jakiejś formie. Jak blisko jesteśmy do tego?

Ostatnio coraz częściej słyszymy o odkryciach, które „mogą wskazywać” na istnienie życia pozaziemskiego. Dopiero we wrześniu 2020 r. dowiedział się o odkryciu na Wenus gazu fosforowodorowego – potencjalnego znaku życia mikrobiologicznego – oraz słonych jezior na Marsie, w których mogą również występować mikroby.

Ale w ciągu ostatnich 150 lat odkrywcy kosmosu niejednokrotnie porzucali myślenie życzeniowe. Nadal nie ma wiarygodnej odpowiedzi na główne pytanie. A może tak, ale naukowcy są ostrożni z przyzwyczajenia?

Linie teleskopowe

W latach 70. XIX wieku włoski astronom Giovanni Schiaparelli zobaczył przez teleskop długie, cienkie linie na powierzchni Marsa i nazwał je „kanałami”. Książkę o swoim odkryciu jednoznacznie zatytułował „Życie na planecie Mars”. „Trudno nie zobaczyć na Marsie obrazów podobnych do tych, które składają się na nasz ziemski krajobraz” – napisał.

W języku włoskim słowo canali oznaczało zarówno kanały naturalne, jak i sztuczne (sam naukowiec nie był pewien ich natury), ale w tłumaczeniu straciło tę dwuznaczność. Zwolennicy Schiaparellego już wyraźnie powiedzieli o surowej marsjańskiej cywilizacji, która w suchym klimacie stworzyła kolosalne instalacje irygacyjne.

Lenin, który w 1908 roku przeczytał książkę Percivala Lowella „Mars i jego kanały” napisał: „Praca naukowa. Dowodzi, że Mars jest zamieszkany, że kanały to cud techniki, że ludzie powinni być tam 2/3 razy więksi niż miejscowa ludność, zresztą z pniami, i pokryta piórami lub skórami zwierzęcymi, z czterema lub sześcioma nogami.

N… tak, nasz autor nas oszukał, opisując niekompletnie marsjańskie piękności, powinien być według przepisu: „Ciemność niskich prawd jest nam droższa niż my kłamliwa”. Lowell był milionerem i byłym dyplomatą. Lubił astronomię i za własne pieniądze zbudował jedno z najbardziej zaawansowanych obserwatoriów w Ameryce. To dzięki Lowellowi temat marsjańskiego życia trafił na pierwsze strony największych gazet świata.

To prawda, już pod koniec XIX wieku wielu badaczy miało wątpliwości co do otwarcia „kanałów”. Obserwacje ciągle dawały różne wyniki - karty rozeszły się nawet dla Schiaparelli i Loeull. W 1907 roku biolog Alfred Wallace udowodnił, że temperatura na powierzchni Marsa jest znacznie niższa niż zakładał Lowell, a ciśnienie atmosferyczne jest zbyt niskie, aby woda mogła istnieć w postaci płynnej.

Międzyplanetarna stacja „Mariner-9”, która w latach 70. fotografowała planetę z kosmosu, położyła kres historii kanałów: „kanały” okazały się złudzeniem optycznym.

Od drugiej połowy XX wieku zmalały nadzieje na znalezienie dobrze zorganizowanego życia. Badania z wykorzystaniem statków kosmicznych wykazały, że warunki na pobliskich planetach nie są nawet zbliżone do tych na Ziemi: zbyt silne spadki temperatury, atmosfera bez śladów tlenu, silne wiatry i ogromne ciśnienie.

Z drugiej strony badanie rozwoju życia na Ziemi wzbudziło zainteresowanie poszukiwaniem podobnych procesów w kosmosie. Przecież wciąż nie wiemy jak i dzięki czemu w zasadzie powstało życie.

W ostatnich latach w tym kierunku miało miejsce wiele wydarzeń. Głównym zainteresowaniem jest poszukiwanie wody, związków organicznych, z których mogłyby powstać formy życia białkowego, a także biosygnatur (substancji wytwarzanych przez organizmy żywe) i ewentualnych śladów bakterii w meteorytach.

Wodoodporny

Obecność wody jest warunkiem istnienia życia, jakie znamy. Woda działa jako rozpuszczalnik i katalizator niektórych rodzajów białek. Jest również idealnym medium do reakcji chemicznych i transportu składników odżywczych. Ponadto woda pochłania promieniowanie podczerwone, dzięki czemu może zatrzymywać ciepło - jest to ważne w przypadku zimnych ciał niebieskich, które są dość daleko od oprawy.

Dane obserwacyjne pokazują, że woda w stanie stałym, ciekłym lub gazowym istnieje na biegunach Merkurego, wewnątrz meteorytów i komet, a także na Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Naukowcy zasugerowali również, że księżyce Jowisza Europa, Ganimedes i Callisto mają ogromne podpowierzchniowe oceany płynnej wody. Znaleźli go w takiej czy innej formie w gazie międzygwiazdowym, a nawet w niesamowitych miejscach, takich jak fotosfera gwiazd.

Ale badanie śladów wody może być obiecujące dla astrobiologów (specjalistów od biologii pozaziemskiej) tylko wtedy, gdy istnieją inne odpowiednie warunki. Na przykład temperatury, ciśnienie i skład chemiczny na tym samym Saturnie i Jowiszu są zbyt ekstremalne i zmienne, aby organizmy żywe mogły się do nich przystosować.

Kolejną rzeczą są planety blisko nas. Nawet jeśli dziś wyglądają niegościnnie, mogą pozostać na nich małe oazy z „pozostałościami dawnego luksusu”.

W 2002 roku orbiter Mars Odyssey odkrył osady lodu wodnego pod powierzchnią Marsa. Sześć lat później sonda Phoenix potwierdziła wyniki swojego poprzednika, pozyskując ciekłą wodę z próbki lodu z bieguna.

Było to zgodne z teorią, że woda w stanie ciekłym była obecna na Marsie całkiem niedawno (według standardów astronomicznych). Według niektórych źródeł na Czerwoną Planetę padało „zaledwie” 3,5 mld lat temu, według innych – nawet 1,25 mln lat temu.

Jednak natychmiast pojawiła się przeszkoda: woda na powierzchni Marsa nie może istnieć w stanie płynnym. Przy niskim ciśnieniu atmosferycznym natychmiast zaczyna wrzeć i parować - lub zamarza. Dlatego większość znanej wody na powierzchni planety jest w stanie lodu. Była nadzieja, że najciekawsze dzieje się pod powierzchnią. Tak powstała hipoteza o słonych jeziorach pod Marsem. I właśnie na drugi dzień otrzymała potwierdzenie.

Naukowcy z Włoskiej Agencji Kosmicznej odkryli na jednym z biegunów Marsa system czterech jezior z ciekłą wodą, które znajdują się na głębokości ponad 1,5 kilometra. Odkrycia dokonano na podstawie danych z sondowania radiowego: urządzenie kieruje fale radiowe do wnętrza planety, a naukowcy poprzez ich odbicie określają jej skład i strukturę.

Istnienie całego systemu jezior, zdaniem autorów pracy, sugeruje, że jest to dla Marsa zwyczajne zjawisko.

Dokładna konkretna koncentracja soli w jeziorach marsjańskich nie jest jeszcze znana, podobnie jak ich skład. Według dyrektora naukowego programu Mars, Roberto Orosei, mówimy o bardzo mocnych rozwiązaniach z „dziesiątkami procent” soli.

Na Ziemi są drobnoustroje halofilne, które uwielbiają wysokie zasolenie, wyjaśnia mikrobiolog Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Uwalniają substancje, które pomagają utrzymać równowagę wodno-elektryczną i chronią struktury komórkowe. Ale nawet w ekstremalnie słonych podziemnych jeziorach (solankach) o stężeniu do 30% takich drobnoustrojów jest niewiele.

Według Orosei, ślady form życia, które istniały, gdy na powierzchni planety panował cieplejszy klimat i woda, a warunki przypominały wczesną Ziemię, mogły pozostać w marsjańskich jeziorach.

Ale jest jeszcze jedna przeszkoda: sam skład wody. Gleba marsjańska jest bogata w nadchlorany – sole kwasu nadchlorowego. Roztwory nadchloranów zamarzają w znacznie niższych temperaturach niż zwykła, a nawet morska woda. Problem polega jednak na tym, że nadchlorany są aktywnymi utleniaczami. Sprzyjają rozkładowi cząsteczek organicznych, co oznacza, że są szkodliwe dla drobnoustrojów.

Być może nie doceniamy zdolności życia do przystosowania się do najtrudniejszych warunków. Ale żeby to udowodnić, musisz znaleźć przynajmniej jedną żywą komórkę.

„Cegły” bez wypalania

Nie można sobie wyobrazić form życia żyjących na Ziemi bez złożonych cząsteczek organicznych zawierających węgiel. Każdy atom węgla może jednocześnie tworzyć do czterech wiązań z innymi atomami, co daje ogromne bogactwo związków. Węglowy „szkielet” jest obecny w bazie wszystkich substancji organicznych – w tym białek, polisacharydów i kwasów nukleinowych, które uważane są za najważniejsze „cegiełki” życia.

Hipoteza panspermii po prostu twierdzi, że życie w najprostszych formach przybyło na Ziemię z kosmosu. Gdzieś w przestrzeni międzygwiazdowej powstały warunki, które umożliwiły składanie złożonych cząsteczek.

Być może nie w postaci komórki, ale w postaci swego rodzaju protogenomu - nukleotydów, które mogą się w najprostszy sposób rozmnażać i kodować informacje niezbędne do przeżycia cząsteczki.

Po raz pierwszy podstawy do takich wniosków pojawiły się 50 lat temu. Cząsteczki uracylu i ksantyny znaleziono w meteorycie Marchison, który spadł w Australii w 1969 roku. Są to zasady azotowe zdolne do tworzenia nukleotydów, z których już zbudowane są polimery kwasów nukleinowych – DNA i RNA.

Zadaniem naukowców było ustalenie, czy odkrycia te są konsekwencją zanieczyszczenia Ziemi po upadku, czy też mają pozaziemskie pochodzenie. A w 2008 roku metodą radiowęglową udało się ustalić, że uracyl i ksantyna rzeczywiście powstały, zanim meteoryt spadł na Ziemię.

Teraz w Marchison i podobnych meteorytach (nazywa się je chondrytami węglowymi) naukowcy odkryli wszelkiego rodzaju podstawy, z których zbudowane jest zarówno DNA, jak i RNA: złożone cukry, w tym ryboza i dezoksyryboza, różne aminokwasy, w tym niezbędne kwasy tłuszczowe. Co więcej, istnieją przesłanki, że substancje organiczne powstają bezpośrednio w kosmosie.

W 2016 roku za pomocą aparatu Rosetta Europejskiej Agencji Kosmicznej w ogonie komety Gerasimenko znaleziono ślady najprostszego aminokwasu - glicyny - oraz fosforu, który jest również ważnym składnikiem pochodzenia życia. -Czuriumow.

Ale takie odkrycia raczej sugerują, jak życie mogło zostać sprowadzone na Ziemię. Nadal nie jest jasne, czy może przetrwać i rozwijać się przez długi czas poza warunkami lądowymi. „Duże cząsteczki, złożone cząsteczki, które bez żadnych opcji zaklasyfikowalibyśmy jako organiczne na Ziemi, mogą być syntetyzowane w kosmosie bez udziału żywych istot” – mówi astronom Dmitry Vibe. „Wiemy, że międzygwiazdowa materia organiczna dostała się do Układu Słonecznego i Ziemia Ale wtedy działo się z nią coś innego - zmieniał się skład izotopowy i symetria”.

Ślady w atmosferze

Inny obiecujący sposób poszukiwania życia wiąże się z biosygnaturami, czyli biomarkerami. Są to substancje, których obecność w atmosferze lub glebie planety zdecydowanie wskazuje na obecność życia. Na przykład w atmosferze ziemskiej jest dużo tlenu, który powstaje w wyniku fotosyntezy z udziałem roślin i zielenic. Zawiera również dużo metanu i dwutlenku węgla, które są wytwarzane przez bakterie i inne organizmy żywe w procesie wymiany gazowej podczas oddychania.

Ale znalezienie śladów metanu lub tlenu w atmosferze (a także wody) nie jest jeszcze powodem do otwierania szampana. Na przykład metan można znaleźć również w atmosferze obiektów podobnych do gwiazd – brązowych karłów.

A tlen może powstać w wyniku rozszczepienia pary wodnej pod wpływem silnego promieniowania ultrafioletowego. Takie warunki obserwuje się na egzoplanecie GJ 1132b, gdzie temperatura dochodzi do 230 stopni Celsjusza. Życie w takich warunkach jest niemożliwe.

Aby gaz mógł zostać uznany za biosygnaturę, musi być udowodnione jego biogenne pochodzenie, czyli musi powstać właśnie w wyniku działalności istot żywych. Na takie pochodzenie gazów wskazuje np. ich zmienność w atmosferze. Obserwacje pokazują, że poziomy metanu na Ziemi zmieniają się wraz z porą roku (a aktywność istot żywych zależy od pory roku).

Jeśli na innej planecie metan znika z atmosfery, to się pojawia (a można to odnotować np. w ciągu roku), to znaczy, że ktoś go emituje.

Mars okazał się ponownie jednym z możliwych źródeł „żywego” metanu. Pierwsze oznaki tego w glebie ujawniły urządzenia programu Viking, które zostały wysłane na planetę już w latach 70. - właśnie w celu poszukiwania materii organicznej. Odkryte cząsteczki metanu w połączeniu z chlorem zostały początkowo potraktowane jako dowód. Ale w 2010 roku wielu badaczy zrewidowało ten punkt widzenia.

Odkryli, że znane nam już nadchlorany w glebie marsjańskiej po podgrzaniu niszczą większość materii organicznej. A próbki Wikingów zostały podgrzane.

W atmosferze Marsa ślady metanu odkryto po raz pierwszy w 2003 roku. Znalezisko natychmiast ożywiło rozmowy o zamieszkiwaniu Marsa. Faktem jest, że jakiekolwiek znaczące ilości tego gazu w atmosferze nie przetrwałyby długo, ale zostałyby zniszczone przez promieniowanie ultrafioletowe. A jeśli metan nie ulegnie rozkładowi, naukowcy doszli do wniosku, że na Czerwonej Planecie istnieje stałe źródło tego gazu. A jednak naukowcy nie mieli pewności: uzyskane dane nie wykluczały, że znaleziony metan był tym samym „zanieczyszczeniem”.

Jednak obserwacje łazika Curiosity w 2019 roku wykazały nienormalny wzrost poziomu metanu. Ponadto okazało się, że obecnie jego stężenie jest trzykrotnie wyższe niż poziom gazu odnotowany w 2013 roku. A potem wydarzyła się jeszcze bardziej tajemnicza rzecz - stężenie metanu ponownie spadło do wartości tła.

Zagadka metanowa wciąż nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Według niektórych wersji łazik może znajdować się na dnie krateru, w którym znajduje się podziemne źródło metanu, a jego uwolnienie jest związane z aktywnością tektoniczną planety.

Jednak biosygnatury mogą być raczej nieoczywiste. Na przykład we wrześniu 2020 r. zespół z Cardiff University wykrył na Wenus ślady gazu fosfinowego, specjalnego związku fosforu, który bierze udział w metabolizmie bakterii beztlenowych.

W 2019 roku symulacje komputerowe wykazały, że fosfina nie może powstać na planetach o stałym jądrze, chyba że w wyniku aktywności organizmów żywych. A ilość fosfiny znaleziona na Wenus przemawiała za tym, że nie był to błąd ani przypadkowe zanieczyszczenie.

Ale wielu naukowców jest sceptycznie nastawionych do odkrycia. Astrobiolog i znawca stanów zredukowanych fosforu Matthew Pasek zasugerował, że istnieje jakiś egzotyczny proces, który nie został uwzględniony w symulacjach komputerowych. To on mógł mieć miejsce na Wenus. Pasek dodał, że naukowcy wciąż nie są pewni, w jaki sposób życie na Ziemi produkuje fosforowodorek i czy w ogóle jest ona wytwarzana przez organizmy.

Pochowany w kamieniu

Inną możliwą oznaką życia, ponownie związaną z Marsem, jest obecność w próbkach z planety dziwnych struktur podobnych do szczątków żywych istot. Należą do nich meteoryt marsjański ALH84001. Poleciał z Marsa około 13 000 lat temu i został znaleziony na Antarktydzie w 1984 roku przez geologów jeżdżących na skuterach śnieżnych wokół Allan Hills (ALH oznacza Allan Hills) na Antarktydzie.

Ten meteoryt ma dwie cechy. Po pierwsze, jest to próbka skał z epoki tego samego „mokrego Marsa”, czyli z czasów, kiedy mogła być na niej woda. Drugi - znaleziono w nim dziwne struktury, przypominające skamieniałe obiekty biologiczne. Co więcej, okazało się, że zawierają ślady materii organicznej! Jednak te „skamieniałe bakterie” nie mają nic wspólnego z drobnoustrojami lądowymi.

Są za małe dla jakiegokolwiek ziemskiego życia komórkowego. Możliwe jednak, że takie struktury wskazują na poprzedników życia. W 1996 roku David McKay z Johnson Center dla NASA i jego koledzy znaleźli w meteorycie tak zwane pseudomorfy - niezwykłe struktury krystaliczne, które naśladują kształt (w tym przypadku) ciała biologicznego.

Krótko po ogłoszeniu z 1996 r. Timothy Swindle, planetolog z University of Arizona, przeprowadził nieformalną ankietę wśród ponad 100 naukowców, aby dowiedzieć się, jak społeczność naukowa sądziła o tych twierdzeniach.

Wielu naukowców było sceptycznie nastawionych do twierdzeń grupy McKay. W szczególności wielu badaczy twierdziło, że inkluzje te mogą powstawać w wyniku procesów wulkanicznych. Kolejny zarzut dotyczył bardzo małych (nanometrowych) wymiarów konstrukcji. Jednak zwolennicy sprzeciwili się temu, że na Ziemi znaleziono nanobakterie. Istnieje praca, która pokazuje fundamentalną nieodróżnialność nowoczesnych nanobakterii od obiektów z ALH84001.

Debata utknęła w martwym punkcie z tego samego powodu, co w przypadku fosfiny wenusjańskiej: wciąż nie mamy pojęcia, jak powstają takie struktury. Nikt nie może zagwarantować, że podobieństwo nie jest przypadkiem. Co więcej, na Ziemi istnieją kryształy, takie jak keryt, które trudno odróżnić od „skamieniałych” szczątków nawet zwykłych drobnoustrojów (nie wspominając o słabo zbadanych nanobakteriach).

Poszukiwanie życia pozaziemskiego jest jak bieganie za własnym cieniem. Wydaje się, że odpowiedź jest przed nami, wystarczy się zbliżyć. Ale on się oddala, nabiera nowych zawiłości i zastrzeżeń. Tak działa nauka – eliminując „fałszywe pozytywy”. Co się stanie, jeśli analiza spektralna się nie powiedzie? A jeśli metan na Marsie jest tylko lokalną anomalią? A jeśli struktury, które wyglądają jak bakterie, są tylko grą natury? Wszystkich wątpliwości nie można całkowicie wykluczyć.

Całkiem możliwe, że we Wszechświecie nieustannie pojawiają się ogniska życia - tu i tam. A my, z naszymi teleskopami i spektrometrami, zawsze spóźniamy się na randkę. Albo odwrotnie, przybywamy za wcześnie. Ale jeśli wierzyć w zasadę kopernikańską, która mówi, że Wszechświat jako całość jest jednorodny, a procesy ziemskie muszą zachodzić gdzie indziej, prędzej czy później się przetniemy. To kwestia czasu i technologii.