ASTROBIOLOGIJA: ZGODOVINA, PREDMET PREUČEVANJA IN POMEN - BIOLOGIJA - 2026

Astrobiologija ali exobiology je veja biologije, ki se ukvarja z izvorom, distribucijo in dinamiko življenja v zvezi s tako našega planeta, kot v celotnem vesolju. Takrat bi lahko rekli, da je kot vesolje znanstvena astrobiologija, kakšna je biologija za planet Zemljo.

Zaradi širokega spektra delovanja astrobiologije se v njem zbližajo tudi druge znanosti, kot so: fizika, kemija, astronomija, molekularna biologija, biofizika, biokemija, kozmologija, geologija, matematika, računalništvo, sociologija, antropologija, arheologija.

Slika 1. Umetniška interpretacija povezave med življenjem in vesoljskim raziskovanjem. Vir: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologija predstavlja življenje kot pojav, ki bi bil lahko "univerzalen". Obravnava njihove možne okoliščine ali scenarije; njene zahteve in minimalni pogoji; vpleteni procesi; njeni ekspanzivni procesi; med drugimi temami. Ni omejeno na inteligentno življenje, ampak raziskuje vse možne vrste življenja.

Zgodovina astrobiologije

Zgodovina astrobiologije sega morda do začetkov človeštva kot vrste in njegove zmožnosti, da se sprašuje o kozmosu in življenju na našem planetu. Od tod izhajajo prve vizije in razlage, ki so še danes prisotni v mitih mnogih ljudstev.

Aristotelovska vizija

Aristotelovska vizija je Sonce, Luno, preostale planete in zvezde obravnavala kot popolne sfere, ki nas obkrožajo, tako da so okoli nas naredili koncentrične kroge.

Ta vizija je predstavljala geocentrični model vesolja in je bila zasnova, ki je zaznamovala človeštvo v srednjem veku. Verjetno v tem času ne bi moglo biti smiselno vprašanje obstoja "prebivalcev" zunaj našega planeta.

Kopernikov pogled

Nicolás Kopernik je v srednjem veku predlagal svoj heliocentrični model, ki je Zemljo postavil kot še en planet, ki se vrti okoli sonca.

Ta pristop je močno vplival na to, kako gledamo v vesolje in celo gledamo nase, saj nas je postavil na mesto, ki morda ni bilo tako "posebno", kot smo si mislili. Nato možnost obstoja drugih planetov, podobnih našemu, in s tem življenja, drugačnega od tistega, ki ga poznamo.

Slika 2. Heliocentrični sistem Kopernika. Vir: Javna domena, prek Wikimedia Commons

Prve ideje nezemeljskega življenja

Francoski pisatelj in filozof Bernard le Bovier de Fontenelle je konec 17. stoletja že predlagal, da bi življenje lahko obstajalo tudi na drugih planetih.

Sredi 18. stoletja so mnogi učenjaki, povezani z razsvetljenstvom, pisali o nezemeljskem življenju. Celo vodilni astronomi tistega časa, kot so Wright, Kant, Lambert in Herschel, so domnevali, da se lahko naselijo planeti, lune in celo kometi.

Tako se je začelo devetnajsto stoletje, ko je večina akademskih znanstvenikov, filozofov in teologov delila prepričanje o obstoju nezemeljskega življenja na skoraj vseh planetih. To je takrat veljalo za zanesljivo domnevo, ki temelji na naraščajočem znanstvenem razumevanju kozmosa.

Presežne razlike med nebesnimi telesi osončja (glede na njihovo kemično sestavo, atmosfero, težo, svetlobo in toploto) so bile prezrte.

Ker pa se je moč teleskopov povečevala in s pojavom spektroskopije so astronomi lahko začeli razumeti kemijo bližnjih planetarnih atmosfer. Tako bi lahko izključili, da so v bližnjih planetih živeli organizmi, podobni kopenskim.

Predmet proučevanja astrobiologije

Astrobiologija se osredotoča na preučevanje naslednjih osnovnih vprašanj:

• Kaj je življenje?
• Kako je nastalo življenje na Zemlji?
• Kako se življenje razvija in razvija?
• Ali je drugje v vesolju življenje?
• Kakšna je prihodnost življenja na Zemlji in drugod po vesolju, če obstaja?

Iz teh vprašanj se poraja veliko drugih vprašanj, ki so vsa povezana s predmetom proučevanja astrobiologije.

Mars kot model za preučevanje in vesoljsko raziskovanje

Rdeči planet, Mars, je bil zadnji bastion hipotez o nezemeljskem življenju znotraj osončja. Ideja o obstoju življenja na tem planetu je sprva izhajala iz opazovanj astronomov v poznem 19. in začetku 20. stoletja.

Trdili so, da so oznake na marsovski površini dejansko kanali, ki jih je zgradila populacija inteligentnih organizmov. Ti vzorci danes veljajo za izdelek vetra.

Misije

Vesoljske sonde Mariner ponazarjajo vesoljsko dobo, ki se je začela v poznih petdesetih letih 20. Ta doba je omogočala neposredno vizualizacijo in pregled planetarnih in lunarnih površin v osončju; tako izključuje trditve o večceličnih in lahko prepoznavnih nezemeljskih življenjskih oblikah v osončju.

Leta 1964 je NASA-ina misija Mariner 4 poslala prve fotografije od blizu na Marsovskem površju, ki prikazujejo v bistvu puščavni planet.

Vendar pa so poznejše misije na Mars in zunanje planete omogočile podroben pregled teh teles in njihovih lun, zlasti v primeru Marsa, delno razumevanje njihove zgodnje zgodovine.

V različnih nezemeljskih okoljih so znanstveniki ugotovili, da se okolja, ki niso zelo različna od naseljenih na Zemlji.

Najpomembnejši zaključek teh prvih vesoljskih misij je bil nadomestitev špekulativnih predpostavk s kemijskimi in biološkimi dokazi, kar omogoča objektivno preučevanje in analizo.

Je na Marsu življenje? Poslanstvo

Najprej rezultati misij Mariner podpirajo hipotezo o neobstoju življenja na Marsu. Vendar moramo upoštevati, da se je iskalo makroskopsko življenje. Kasnejše misije so postavile dvom v odsotnost mikroskopskega življenja.

Slika 3. Orbitalna in zemeljska sonda misije Viking. Vir: Don Davis, prek Wikimedia Commons

Na primer, med tremi poskusi zaznavanja življenja, ki jih je izvedla zemeljska sonda misije Viking, sta bila dva pozitivna in en negativen.

Kljub temu se večina znanstvenikov, vključenih v poskuse sonde Viking, strinja, da na Marsu ni dokazov o bakterijskem življenju, rezultati pa so uradno nedvomljivi.

Slika 4. Sonda za pristanek (Lander) misije Viking. Vir: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, via Wikimedia Commons

Misije

Po kontroverznih rezultatih misij Viking je Evropska vesoljska agencija (ESA) leta 2003 začela misijo Mars Express, zasnovano posebej za eksobiološke in geokemične študije.

Ta misija je vključevala sondo Beagle 2 (istoimensko ladji, na katero je potoval Charles Darwin), zasnovano za iskanje znakov življenja na plitvi površini Marsa.

Ta sonda je žal izgubila stik z Zemljo in svoje naloge ni mogla zadovoljivo opraviti. Podobno usodo je imela leta 1999 NASA sonda "Mars Polar Lander".

Misija

Po teh neuspelih poskusih je maja 2008 NASA-ina misija Phoenix prispela na Mars in v samo 5 mesecih dosegla izjemne rezultate. Njegovi glavni raziskovalni cilji so bili eksobiološki, klimatski in geološki.

Ta sonda je lahko dokazala obstoj:

• Sneg v atmosferi Marsa.
• Voda v obliki ledu pod zgornjimi plastmi tega planeta.
• Osnovna tla s pH med 8 in 9 (vsaj na območju blizu spuščanja).
• Tekoča voda na površini Marsa v preteklosti

Raziskovanje Marsa se nadaljuje

Raziskovanje Marsa se nadaljuje še danes z visokotehnološkimi robotskimi instrumenti. Misiji Rovers (MER-A in MER-B) sta zagotovili neverjetne dokaze, da je bila na Marsu vodna aktivnost.

Najdeni so bili na primer dokazi o sladki vodi, vrelih vrelcih, gosto atmosfero in aktivnem vodnem ciklu.

Slika 5. Risba Roverja MER-B (Priložnost) na površini Marsa. Vir: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, prek Wikimedia Commons

Na Marsu so dobili dokaze, da so bile nekatere kamnine oblikovane v prisotnosti tekoče vode, kot je Jarosite, ki ga je zaznal rover MER-B (priložnost), ki je bil aktiven od leta 2004 do 2018.

Rover MER-A (Curiosity) je meril sezonska nihanja metana, ki so bila vedno povezana z biološko dejavnostjo (podatki so bili leta 2018 objavljeni v reviji Science). Prav tako je našel organske molekule, kot so tiofen, benzen, toluen, propan in butan.

Slika 6. Sezonsko nihanje ravni metana na Marsu, merjeno z Rover MER-A (Radovednost). Vir: NASA / JPL-Caltech

Na Marsu je bila voda

Čeprav je površina Marsa trenutno nevsiljiva, obstajajo jasni dokazi, da je marsovsko podnebje v daljni preteklosti na površju nabiralo tekočo vodo, bistveno sestavino za življenje, kot jo poznamo.

Podatki Roverja MER-A (Radovednost) razkrivajo, da je pred milijardami let jezero znotraj kraterja Gale vsebovalo vse sestavine, potrebne za življenje, vključno s kemičnimi sestavinami in viri energije.

Marsovski meteoriti

Nekateri raziskovalci menijo, da so marsovski meteoriti dober vir informacij o planetu, celo nakazujejo, da obstajajo naravne organske molekule in celo mikrofosili bakterij. Ti pristopi so predmet znanstvene razprave.

Slika 7. Mikroskopski pogled na notranjo strukturo meteorita ALH84001, ki prikazuje strukture, podobne bacilom. Vir: NASA, prek Wikimedia Commons

Ti meteoriti z Marsa so zelo redki in predstavljajo edine neposredno analizirane vzorce rdečega planeta.

Panspermija, meteoriti in kometi

Ena izmed hipotez, ki daje prednost preučevanju meteoritov (in tudi kometov), ​​se imenuje panspermija. To vključuje domnevo, da je v preteklosti prišlo do kolonizacije Zemlje zaradi mikroorganizmov, ki so prišli znotraj teh meteoritov.

Danes obstajajo tudi hipoteze, ki kažejo, da je kopenska voda prišla iz kometov, ki so v preteklosti bombardirali naš planet. Poleg tega se verjame, da bi lahko ti kometi prinesli prvinske molekule, ki so omogočile razvoj življenja ali celo že razvito življenje, ki je bilo v njih.

Nedavno septembra 2017 je Evropska vesoljska agencija (ESA) uspešno opravila misijo Rosseta, ki jo je začela leta 2004. Ta misija je bila sestavljena iz raziskovanja kometa 67P / Churyumov-Gerasimenko s sondo Philae, ki je dosegla in obkrožila, nato se spustite. Rezultati te misije se še preučujejo.

Pomen astrobiologije

Fermijev paradoks

Lahko bi rekli, da je prvotno vprašanje, ki motivira za študij Aastrobiologije, naslednje: Ali smo sami v vesolju?

Samo v Mlečni poti je na stotine milijard zvezdnih sistemov. To dejstvo, povezano s starostjo vesolja, kaže na to, da bi moralo biti življenje v naši galaksiji pogost pojav.

Okoli te teme je znano vprašanje, ki ga je postavil nobelov nagrajenec fizik Enrico Fermi: "Kje so vsi?", Ki ga je postavil v okviru kosila, kjer je razpravljalo o dejstvu, da naj bi bila galaksija polna življenja.

Vprašanje se je končalo s paradoksom, ki nosi njegovo ime in je zapisano na naslednji način:

Program SETI in iskanje nezemeljske inteligence

Možen odgovor na paradoks Fermi bi lahko bil, da civilizacije, o katerih razmišljamo, dejansko obstajajo, vendar jih nismo iskali.

Leta 1960 je Frank Drake skupaj z drugimi astronomi začel s programom za iskanje nezemeljske inteligence (SETI).

Ta program si je skupaj z Naso prizadeval iskati znake nezemeljskega življenja, na primer radijske in mikrovalovne signale. Vprašanja, kako in kje iskati te signale, so privedla do velikega napredka v številnih vejah znanosti.

Slika 8. Radioteleskop, ki ga SETI uporablja v Arecibu v Portoriku. Vir: JidoBG, iz Wikimedia Commons

Leta 1993 je ameriški kongres odpovedal sredstva NASA-i v ta namen, ker so bile napačne predstave o pomenu tega iskanja. Danes se projekt SETI financira z zasebnimi sredstvi.

Projekt SETI je sprožil celo hollywoodske filme, kot je Kontakt, z igralko Jodie Foster in navdih za istoimenski roman, ki ga je napisal svetovno znani astronom Carl Sagan.

Drakeova enačba

Frank Drake je z izrazom, ki nosi njegovo ime, ocenil število civilizacij s komunikacijskimi sposobnostmi:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

Če N predstavlja število civilizacij, ki lahko komunicirajo z Zemljo in je izraženo kot funkcija drugih spremenljivk, kot so:

• R *: stopnja nastajanja zvezd, podobna našemu soncu
• f _p : delček teh zvezdnih sistemov s planeti
• n _e : število planetov, podobnih Zemlji, na planetarni sistem
• f _l : del teh planetov, kjer se razvija življenje
• f _i : del, v katerem se pojavi inteligenca
• f _c : del komunikacijsko ustreznih planetov
• L: »življenjska doba« teh civilizacij.

Drake je to enačbo formuliral kot orodje za "velikost" problema, ne pa kot element za izdelavo konkretnih ocen, saj je veliko njegovih izrazov izjemno težko oceniti. Vendar pa obstaja soglasje, da je število, na katero se nagiba, veliko.

Novi scenariji

Upoštevati moramo, da je bilo ob formuli Drakove enačbe zelo malo dokazov o planetih in lunah izven našega osončja (eksoplaneti). V devetdesetih letih so se pojavili prvi dokazi o eksoplanetih.

Slika 9. Teleskop Kepler. Vir: NASA, prek Wikimedia Commons

Nasina misija Kepler je na primer zaznala 3.538 kandidatov za eksoplanete, od katerih se vsaj 1.000 nahaja v "bivalni coni" obravnavanega sistema (razdalja, ki omogoča obstoj tekoče vode).

Astrobiologija in raziskovanje koncev Zemlje

Ena od prednosti astrobiologije je, da je v veliki meri vzbudil željo po raziskovanju lastnega planeta. To z upanjem, da bomo po analogiji razumeli delovanje življenja v drugih okoljih.

Na primer, študija hidrotermalnih zračnikov na oceanskem dnu nam je omogočila, da prvič opazujemo življenje, ki ni povezano s fotosintezo. To pomeni, da so nam te študije pokazale, da lahko obstajajo sistemi, v katerih življenje ni odvisno od sončne svetlobe, kar je vedno veljalo za nepogrešljivo zahtevo.

To nam omogoča, da domnevamo, da so možni scenariji življenja na planetih, kjer je mogoče najti tekočo vodo, vendar pod debelimi plastmi ledu, kar bi preprečilo prihod svetlobe organizmom.

Drug primer je preučevanje suhih dolin Antarktike. Tam so pridobili fotosintetske bakterije, ki preživijo v zavetju znotraj kamnin (endolitične bakterije).

V tem primeru skala služi tudi kot opora in kot zaščita pred neugodnimi razmerami v kraju. Ta strategija je bila zaznana tudi v solnih in vrelcih.

Slika 10. Suhe doline McMurdo na Antarktiki, enem krajev na Zemlji, ki je najbolj podoben Marsu. Vir: Ameriško državno ministrstvo iz ZDA, prek Wikimedia Commons

Astrobiološka perspektiva

Znanstveno iskanje nezemeljskega življenja doslej ni bilo uspešno. Toda postaja bolj izpopolnjen, saj astrobiološke raziskave ustvarjajo nova spoznanja. Naslednje desetletje astrobioloških raziskav bo:

• Večja prizadevanja za raziskovanje Marsa in ledenih lun Jupitra in Saturna.
• Brez primere sposobnost opazovanja in analiziranja ekstrasolarnih planetov.
• Večji potencial za načrtovanje in proučevanje enostavnejših oblik življenja v laboratoriju.

Vsi ti napredki bodo nedvomno povečali našo verjetnost, da bomo našli življenje na zemeljskih planetih. Morda pa nezemeljsko življenje ne obstaja ali je tako razpršeno po celotni galaksiji, da skoraj nimamo možnosti, da bi ga našli.

Tudi če je slednji scenarij resničen, raziskave v astrobiologiji vse bolj širijo našo perspektivo življenja na Zemlji in njenega kraja v vesolju.

Reference

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolucija kot kolektivni pojav. Časopis za teoretsko biologijo, 117 (1), 107–118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Poziv, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organske snovi so se ohranile v 3 milijard let starih blatnikih v kraterju Gale na Marsu. Znanost, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologija: pregled. V: Kolb, Vera (ur.). ASTROBIOLOGIJA: Evolucijski pristop CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Blizu hladno sušnih meja življenja mikrobov v večni zmrzali zgornje suhe doline na Antarktiki. Časopis ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Nekaj ​​težav, povezanih s poreklom metana na Marsu. Ikar, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Preizkus biologije z vikingom z oznako za izdajo: vmesni rezultati. Znanost, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / znanost.194.4271.1322
7. Deset Kate, IL (2018). Organske molekule na Marsu. Znanost, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Stopnje metana v ozračju Marsa v ozadju kažejo močne sezonske razlike. Znanost, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mars vodno-ledeni oblaki in padavine. Znanost, 325 (5936), 68–70. doi: 10.1126 / znanost.1172344