Kako znanstveniki iščejo nezemeljsko življenje

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Morda so nekje v vesolju še drugi naseljeni svetovi. Toda dokler jih ne najdemo, je minimalni program dokazati, da je življenje zunaj Zemlje vsaj v neki obliki. Kako blizu smo temu?

V zadnjem času vse pogosteje slišimo o odkritjih, ki bi »lahko kazala« na obstoj nezemeljskega življenja. Šele septembra 2020 je bilo znano za odkritje plina fosfina na Veneri - potencialnega znaka mikrobnega življenja - in slanih jezer na Marsu, kjer bi lahko obstajali tudi mikrobi.

Toda v zadnjih 150 letih so raziskovalci vesolja več kot enkrat izdali želje. Na glavno vprašanje še vedno ni zanesljivega odgovora. Ali pa vseeno obstaja, a so znanstveniki iz navade previdni?

Teleskopske linije

V sedemdesetih letih 19. stoletja je italijanski astronom Giovanni Schiaparelli skozi teleskop videl dolge tanke črte na površini Marsa in jih razglasil za "kanale". Knjigo o svojem odkritju je nedvoumno naslovil »Življenje na planetu Mars«. "Težko je na Marsu ne videti slik, podobnih tistim, ki sestavljajo našo zemeljsko pokrajino," je zapisal.

V italijanščini je beseda canali pomenila tako naravne kot umetne kanale (sam znanstvenik ni bil prepričan v njihovo naravo), vendar je pri prevodu izgubila to dvoumnost. Schiaparellijevi privrženci so že jasno povedali o ostri marsovski civilizaciji, ki je v sušnem podnebju ustvarila ogromne namakalne zmogljivosti.

Lenin, ki je leta 1908 prebral knjigo Percivala Lowella "Mars in njegovi kanali", je zapisal: "Znanstveno delo. Dokazuje, da je Mars naseljen, da so kanali čudež tehnologije, da bi morali biti ljudje tam 2/3-krat večji od domačini, poleg tega z debli, pokriti s perjem ali živalskimi kožami, s štirimi ali šestimi nogami.

N … ja, naš avtor nas je prevaral in opisal marsovske lepote nepopolno, bi moralo biti po receptu: "Temina nizkih resnic nam je dražja, kot vzgajamo prevaro". Lowell je bil milijonar in nekdanji diplomat. Rad je imel astronomijo in je z lastnim denarjem zgradil enega najnaprednejših observatorijev v Ameriki. Po zaslugi Lowella je tema marsovskega življenja prišla na prve strani največjih časopisov na svetu.

Res je, že ob koncu 19. stoletja so bili številni raziskovalci v dvomih glede odpiranja "kanalov". Opazovanja so nenehno dajala različne rezultate - karte so se razhajale celo za Schiaparellija in Loeulla. Leta 1907 je biolog Alfred Wallace dokazal, da je temperatura na površini Marsa veliko nižja, kot je predvideval Lowell, in da je atmosferski tlak prenizek, da bi voda lahko obstajala v tekoči obliki.

Medplanetarna postaja "Mariner-9", ki je v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja posnela fotografije planeta iz vesolja, je končala zgodovino kanalov: "kanali" so se izkazali za optično iluzijo.

Od druge polovice 20. stoletja so upanja, da bi našli visoko organizirano življenje, manjšala. Študije z uporabo vesoljskih plovil so pokazale, da razmere na bližnjih planetih niti približno niso zemeljske: premočni temperaturni padci, ozračje brez znakov kisika, močan veter in izjemen pritisk.

Po drugi strani pa je preučevanje razvoja življenja na Zemlji spodbudilo zanimanje za iskanje podobnih procesov v vesolju. Konec koncev, še vedno ne vemo, kako in zahvaljujoč čemu je načeloma nastalo življenje.

V tej smeri se je v zadnjih letih zvrstilo veliko dogodkov. Glavno zanimanje je iskanje vode, organskih spojin, iz katerih bi lahko tvorile beljakovinske življenjske oblike, pa tudi biosignature (snovi, ki jih proizvajajo živa bitja) in možne sledi bakterij v meteoritih.

Tekoči dokaz

Prisotnost vode je predpogoj za obstoj življenja, kot ga poznamo. Voda deluje kot topilo in katalizator za nekatere vrste beljakovin. Je tudi idealen medij za kemične reakcije in transport hranil. Poleg tega voda absorbira infrardeče sevanje, zato lahko zadrži toploto - to je pomembno za hladna nebesna telesa, ki so precej oddaljena od svetilke.

Podatki opazovanja kažejo, da voda v trdnem, tekočem ali plinastem stanju obstaja na polih Merkurja, znotraj meteoritov in kometov, pa tudi na Jupitru, Saturnu, Uranu in Neptunu. Znanstveniki so tudi predlagali, da imajo Jupitrove lune Evropa, Ganimed in Kalisto ogromne podzemne oceane tekoče vode. Našli so ga v takšni ali drugačni obliki v medzvezdnem plinu in celo na neverjetnih mestih, kot je fotosfera zvezd.

Toda preučevanje sledi vode je lahko obetavno za astrobiologe (strokovnjake za nezemeljsko biologijo) le, če obstajajo drugi primerni pogoji. Na primer, temperature, tlak in kemična sestava na istem Saturnu in Jupitru so preveč ekstremni in spremenljivi, da bi se jim živi organizmi prilagodili.

Druga stvar so planeti, ki so nam blizu. Tudi če so danes videti negostoljubne, lahko na njih ostanejo majhne oaze z »ostanki nekdanjega razkošja«.

Leta 2002 je orbiter Mars Odyssey odkril usedline vodnega ledu pod površino Marsa. Šest let pozneje je sonda Phoenix potrdila rezultate svojega predhodnika, ko je pridobila tekočo vodo iz vzorca ledu s pola.

To je bilo skladno s teorijo, da je bila tekoča voda na Marsu prisotna pred kratkim (po astronomskih standardih). Po nekaterih virih je na Rdečem planetu deževalo pred »le« 3,5 milijarde let, po drugih – celo pred 1,25 milijona let.

Vendar se je takoj pojavila ovira: voda na površini Marsa ne more obstajati v tekočem stanju. Pri nizkem atmosferskem tlaku takoj začne vreti in izhlapevati – oziroma zmrzne. Zato je večina znane vode na površini planeta v stanju ledu. Bilo je upanje, da se najbolj zanimivo dogaja pod površjem. Tako je nastala hipoteza o slanih jezerih pod Marsom. In ravno pred dnevi je dobila potrditev.

Znanstveniki italijanske vesoljske agencije so na enem od polov Marsa odkrili sistem štirih jezer s tekočo vodo, ki se nahajajo na globini več kot 1,5 kilometra. Odkritje je bilo narejeno z uporabo podatkov radijskega sondiranja: naprava usmerja radijske valove v notranjost planeta, znanstveniki pa s svojim odsevom določajo njegovo sestavo in strukturo.

Obstoj celotnega sistema jezer po mnenju avtorjev dela nakazuje, da je to za Mars običajen pojav.

Natančna specifična koncentracija soli v Marsovih jezerih še ni znana, pa tudi njihova sestava. Po besedah znanstvenega direktorja programa Mars Roberta Oroseija govorimo o zelo močnih rešitvah z "desetimi odstotki" soli.

Na Zemlji obstajajo halofilni mikrobi, ki ljubijo visoko slanost, pojasnjuje mikrobiologinja Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Sproščajo snovi, ki pomagajo vzdrževati vodno-električno ravnovesje in ščitijo celične strukture. Toda tudi v izjemno slanih podzemnih jezerih (brins) s koncentracijo do 30 % je takih mikrobov malo.

Po Oroseiju bi lahko v marsovskih jezerih ostali sledovi življenjskih oblik, ki so obstajale, ko je bilo toplejše podnebje in voda na površini planeta ter razmere, ki so bile podobne zgodnji Zemlji.

Obstaja pa še ena ovira: sama sestava vode. Marsova tla so bogata s perklorati - solmi perklorovodikove kisline. Perkloratne raztopine zamrznejo pri bistveno nižjih temperaturah kot navadna ali celo morska voda. Toda problem je v tem, da so perklorati aktivni oksidanti. Spodbujajo razgradnjo organskih molekul, kar pomeni, da so škodljive za mikrobe.

Morda podcenjujemo sposobnost življenja, da se prilagodi najtežjim razmeram. Toda, da to dokažete, morate najti vsaj eno živo celico.

"Opeke" brez žganja

Življenjske oblike, ki živijo na Zemlji, si ni mogoče predstavljati brez kompleksnih organskih molekul, ki vsebujejo ogljik. Vsak atom ogljika lahko ustvari do štiri vezi z drugimi atomi hkrati, kar ima za posledico ogromno bogastvo spojin. Ogljikov »skelet« je prisoten v osnovi vseh organskih snovi – tudi beljakovin, polisaharidov in nukleinskih kislin, ki veljajo za najpomembnejše »gradnike« življenja.

Hipoteza o panspermiji samo trdi, da je življenje v svojih najpreprostejših oblikah prišlo na Zemljo iz vesolja. Nekje v medzvezdnem prostoru so se razvile razmere, ki so omogočile sestavljanje kompleksnih molekul.

Morda ne v obliki celice, ampak v obliki nekakšnega protogenoma - nukleotidov, ki se lahko na najpreprostejši način razmnožujejo in kodirajo informacije, potrebne za preživetje molekule.

Prvič so se razlogi za takšne sklepe pojavili pred 50 leti. V meteoritu Marchison, ki je leta 1969 padel v Avstralijo, so našli molekule uracila in ksantina. To so dušikove baze, sposobne tvoriti nukleotide, iz katerih so že sestavljeni polimeri nukleinskih kislin - DNK in RNA.

Naloga znanstvenikov je bila ugotoviti, ali so te ugotovitve posledica onesnaženja Zemlje, po padcu, ali pa so nezemeljskega izvora. In leta 2008 je bilo z radiokarbonsko metodo mogoče ugotoviti, da sta uracil in ksantin res nastala, preden je meteorit padel na Zemljo.

Zdaj so v Marchisonu in podobnih meteoritih (ime se imenujejo ogljikovi hondriti) znanstveniki našli vse vrste baz, iz katerih sta zgrajena tako DNK kot RNA: kompleksni sladkorji, vključno z ribozo in deoksiribozo, različne aminokisline, vključno z esencialnimi maščobnimi kislinami. Poleg tega obstajajo znaki, da se organske snovi tvorijo neposredno v vesolju.

Leta 2016 so s pomočjo aparata Rosetta Evropske vesoljske agencije v repu kometa Gerasimenko odkrili sledi najpreprostejše aminokisline - glicina - in fosforja, ki je tudi pomembna sestavina za nastanek življenja. -Churyumov.

Toda takšna odkritja bolj nakazujejo, kako bi lahko na Zemljo prinesli življenje. Še vedno ni jasno, ali lahko preživi in se razvija dlje časa zunaj kopenskih razmer. "Velike molekule, kompleksne molekule, ki bi jih na Zemlji brez kakršnih koli možnosti uvrstili med organske, je mogoče sintetizirati v vesolju brez sodelovanja živih bitij," pravi astronom Dmitry Vibe. "Vemo, da je medzvezdna organska snov prišla v sončni sistem in Zemljo. Potem pa se ji je dogajalo nekaj drugega - spreminjali sta se izotopska sestava in simetrija."

Sledi v ozračju

Drug obetaven način iskanja življenja je povezan z biosignaturami ali biomarkerji. To so snovi, katerih prisotnost v ozračju ali tleh planeta vsekakor kaže na prisotnost življenja. Na primer, v zemeljski atmosferi je veliko kisika, ki nastane kot posledica fotosinteze s sodelovanjem rastlin in zelenih alg. Vsebuje tudi veliko metana in ogljikovega dioksida, ki ju proizvajajo bakterije in drugi živi organizmi v procesu izmenjave plinov med dihanjem.

Toda odkrivanje sledi metana ali kisika v ozračju (pa tudi vode) še ni razlog za odpiranje šampanjca. Metan lahko na primer najdemo tudi v ozračju zvezdastih predmetov – rjavih pritlikavk.

In kisik se lahko tvori kot posledica cepitve vodne pare pod vplivom močnega ultravijoličnega sevanja. Takšne razmere opazimo na eksoplanetu GJ 1132b, kjer temperatura doseže 230 stopinj Celzija. Življenje v takih razmerah je nemogoče.

Da bi plin veljal za biosignaturo, je treba dokazati njegov biogeni izvor, torej nastati ravno kot rezultat delovanja živih bitij. Na tak izvor plinov kaže na primer njihova spremenljivost v ozračju. Opazovanja kažejo, da ravni metana na Zemlji nihajo glede na letni čas (in aktivnost živih bitij je odvisna od letnega časa).

Če na drugem planetu metan izgine iz ozračja, potem se pojavi (in to lahko zabeležimo na primer v enem letu), to pomeni, da ga nekdo oddaja.

Mars se je spet izkazal za enega od možnih virov »živega« metana. Prve znake tega v tleh so razkrile naprave programa Viking, ki so jih na planet poslali že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja – prav z namenom iskanja organske snovi. Odkrite molekule metana v kombinaciji s klorom so bile sprva vzete kot dokaz. Toda leta 2010 so številni raziskovalci to stališče pregledali.

Ugotovili so, da nam že znani perklorati v marsovski zemlji ob segrevanju uničijo večino organske snovi. In vzorce iz Vikingov so segrevali.

V ozračju Marsa so sledi metana prvič odkrili leta 2003. Najdba je takoj obudila pogovore o bivalnosti Marsa. Dejstvo je, da kakršne koli znatne količine tega plina v ozračju ne bi zdržale dolgo, ampak bi jih uničilo ultravijolično sevanje. In če se metan ne razgradi, so znanstveniki ugotovili, da na Rdečem planetu obstaja stalen vir tega plina. In vendar znanstveniki niso imeli trdnega zaupanja: pridobljeni podatki niso izključevali, da je bil najden metan enako "onesnaževanje".

Toda opazovanja roverja Curiosity leta 2019 so zabeležila nenormalno zvišanje ravni metana. Poleg tega se je izkazalo, da je zdaj njegova koncentracija trikrat višja od ravni plina, zabeležene leta 2013. In potem se je zgodila še bolj skrivnostna stvar - koncentracija metana je spet padla na osnovne vrednosti.

Uganka o metanu še vedno nima enoznačnega odgovora. Po nekaterih različicah se lahko rover nahaja na dnu kraterja, v katerem je podzemni vir metana, njegovo sproščanje pa je povezano s tektonsko aktivnostjo planeta.

Vendar pa so biološki podpisi lahko precej neočitni. Na primer, septembra 2020 je ekipa na Univerzi v Cardiffu na Veneri odkrila sledi plina fosfina, posebne fosforjeve spojine, ki sodeluje pri presnovi anaerobnih bakterij.

Leta 2019 so računalniške simulacije pokazale, da se fosfin ne more tvoriti na planetih s trdnim jedrom, razen kot posledica delovanja živih organizmov. In količina fosfina, najdenega na Veneri, je govorila v prid, da to ni bila napaka ali naključna nečistoča.

Toda številni znanstveniki so skeptični glede odkritja. Astrobiolog in strokovnjak za zmanjšana stanja fosforja Matthew Pasek je predlagal, da obstaja nek eksotičen proces, ki ga računalniške simulacije niso upoštevale. Prav on bi se lahko zgodil na Veneri. Pasek je dodal, da znanstveniki še vedno niso prepričani, kako življenje na Zemlji proizvaja fosfin in ali ga sploh proizvajajo organizmi.

Zakopan v kamen

Drug možen znak življenja, spet povezan z Marsom, je prisotnost v vzorcih s planeta nenavadnih struktur, podobnih ostankom živih bitij. Ti vključujejo marsovski meteorit ALH84001. Priletel je z Marsa pred približno 13.000 leti in so ga leta 1984 na Antarktiki našli geologi, ki so se vozili z motornimi sanmi po Allan Hills (ALH pomeni Allan Hills) na Antarktiki.

Ta meteorit ima dve značilnosti. Prvič, gre za vzorec kamnin iz obdobja tistega istega "mokrega Marsa", torej časa, ko je na njem lahko bila voda. Drugi - v njem so bile najdene čudne strukture, ki spominjajo na fosilizirane biološke predmete. Poleg tega se je izkazalo, da vsebujejo sledi organske snovi! Vendar te "fosilizirane bakterije" nimajo nič opraviti s kopenskimi mikroorganizmi.

Premajhne so za kakršno koli zemeljsko celično življenje. Vendar je možno, da takšne strukture kažejo na predhodnike življenja. Leta 1996 je David McKay iz Johnsonovega centra za NASA in njegovi sodelavci v meteoritu odkrili tako imenovane psevdomorfe – nenavadne kristalne strukture, ki posnemajo obliko (v tem primeru) biološkega telesa.

Kmalu po razglasitvi iz leta 1996 je Timothy Swindle, planetarni znanstvenik z univerze v Arizoni, izvedel neformalno raziskavo med več kot 100 znanstveniki, da bi ugotovil, kako se je znanstvena skupnost počutila glede trditev.

Mnogi znanstveniki so bili skeptični glede trditev skupine McKay. Številni raziskovalci so zlasti trdili, da lahko ti vključki nastanejo kot posledica vulkanskih procesov. Drugi ugovor je bil povezan z zelo majhnimi (nanometrskimi) dimenzijami struktur. Vendar so podporniki temu nasprotovali, da so na Zemlji našli nanobakterije. Obstaja delo, ki kaže na temeljno neločljivost sodobnih nanobakterij od predmetov iz ALH84001.

Razprava je zastala iz istega razloga kot v primeru venerinega fosfina: še vedno nimamo pojma, kako nastanejo takšne strukture. Nihče ne more zagotoviti, da podobnost ni naključje. Poleg tega na Zemlji obstajajo kristali, kot je kerit, ki jih je težko ločiti od »fosiliziranih« ostankov celo navadnih mikrobov (da ne omenjamo slabo raziskanih nanobakterij).

Iskanje nezemeljskega življenja je kot tek za lastno senco. Zdi se, da je odgovor pred nami, le približati se moramo. Toda on se oddaljuje, pridobiva nove zapletenosti in zadržke. Tako deluje znanost – z odpravo »lažnih pozitivnih rezultatov«. Kaj pa, če spektralna analiza ne uspe? Kaj pa, če je metan na Marsu le lokalna anomalija? Kaj pa, če so strukture, ki izgledajo kot bakterije, le igra narave? Vseh dvomov ni mogoče popolnoma izključiti.

Povsem možno je, da se v vesolju nenehno pojavljajo izbruhi življenja – tu in tam. In mi s svojimi teleskopi in spektrometri vedno zamujamo na zmenek. Ali pa, nasprotno, pridemo prezgodaj. Če pa verjamete v kopernikovo načelo, ki pravi, da je vesolje kot celota homogeno in da se morajo zemeljski procesi odvijati nekje drugje, se bomo prej ali slej križali. To je vprašanje časa in tehnologije.