Kaip mokslininkai ieško nežemiškos gyvybės

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Galbūt kažkur visatoje yra ir kitų apgyvendintų pasaulių. Tačiau kol mes jų neradome, minimali programa yra įrodyti, kad gyvybė už Žemės ribų yra bent tam tikra forma. Kiek esame arti to?

Pastaruoju metu vis dažniau girdime apie atradimus, kurie „gali rodyti“nežemiškos gyvybės egzistavimą. Tik 2020 m. rugsėjį tapo žinoma apie fosfino dujų atradimą Veneroje – galimą mikrobų gyvybės ženklą – ir druskos ežerus Marse, kur taip pat galėjo egzistuoti mikrobai.

Tačiau per pastaruosius 150 metų kosmoso tyrinėtojai ne kartą atsisakė svajonių. Vis dar nėra patikimo atsakymo į pagrindinį klausimą. O gal vis dėlto yra, bet mokslininkai iš įpročio yra atsargūs?

Teleskopinės linijos

1870-aisiais italų astronomas Giovanni Schiaparelli per teleskopą įžvelgė ilgas plonas linijas Marso paviršiuje ir paskelbė jas „kanalais“. Knygą apie savo atradimą jis vienareikšmiškai pavadino „Gyvenimas Marso planetoje“. „Sunku Marse nematyti nuotraukų, panašių į tas, kurios sudaro mūsų sausumos kraštovaizdį“, – rašė jis.

Italų kalboje žodis canali reiškė ir natūralius, ir dirbtinius kanalus (pats mokslininkas nebuvo tikras dėl jų prigimties), tačiau išvertus jis prarado šį dviprasmiškumą. Schiaparelli pasekėjai jau aiškiai pasakė apie atšiaurią Marso civilizaciją, kuri, esant sausam klimatui, sukūrė milžiniškus drėkinimo įrenginius.

Leninas, 1908 m. perskaitęs Percivalio Lowello knygą „Marsas ir jo kanalai“, rašė: „Mokslinis darbas. Įrodo, kad Marsas yra apgyvendintas, kad kanalai yra technologijos stebuklas, kad žmonės ten turėtų būti 2/3 kartų didesni nei vietiniai žmonės, be to, su kamienais ir apaugę plunksnomis ar gyvūnų odomis, keturiomis ar šešiomis kojomis.

N … taip, mūsų autorius mus apgavo, nepilnai aprašydamas Marso gražuoles, turėtų būti pagal receptą: „Žemų tiesų tamsa mums brangesnė, nei mes keliame klastą“. Lowellas buvo milijonierius ir buvęs diplomatas. Jis mėgo astronomiją ir iš savo pinigų pastatė vieną pažangiausių observatorijų Amerikoje. Būtent Lowello dėka Marso gyvenimo tema pateko į pirmuosius didžiausių pasaulio laikraščių puslapius.

Tiesa, jau XIX amžiaus pabaigoje daugelis tyrinėtojų abejojo dėl „kanalų“atsivėrimo. Stebėjimai nuolat davė skirtingus rezultatus – kortos išsiskyrė net Schiaparelli ir Loeull. 1907 m. biologas Alfredas Wallace'as įrodė, kad temperatūra Marso paviršiuje yra daug žemesnė, nei manė Lowellas, o atmosferos slėgis yra per žemas, kad vanduo egzistuotų skystu pavidalu.

Aštuntajame dešimtmetyje planetą iš kosmoso fotografavusi tarpplanetinė stotis „Mariner-9“kanalų istorijoje padėjo tašką: „kanalai“pasirodė esąs optinė apgaulė.

Nuo XX amžiaus antrosios pusės viltys rasti labai organizuotą gyvenimą sumažėjo. Tyrimai naudojant erdvėlaivius parodė, kad sąlygos netoliese esančiose planetose nė iš tolo neprilygsta Žemėje: per stiprus temperatūros kritimas, atmosfera be deguonies požymių, stiprūs vėjai ir didžiulis slėgis.

Kita vertus, gyvybės vystymosi Žemėje tyrimas paskatino domėtis panašių procesų kosmose paieškomis. Juk vis dar nežinome, kaip ir ko dėka iš principo atsirado gyvybė.

Pastaraisiais metais šia kryptimi įvyko daug įvykių. Pagrindinis susidomėjimas yra vandens, organinių junginių, iš kurių galėtų susidaryti baltyminės gyvybės formos, taip pat biosignatūrų (medžiagų, kurias gamina gyviai) ir galimų bakterijų pėdsakų meteorituose paieška.

Atsparumas skysčiui

Vandens buvimas yra būtina gyvybės, kaip mes ją žinome, egzistavimo sąlyga. Vanduo veikia kaip tam tikrų rūšių baltymų tirpiklis ir katalizatorius. Tai taip pat ideali terpė cheminėms reakcijoms ir maistinių medžiagų transportavimui. Be to, vanduo sugeria infraraudonąją spinduliuotę, todėl gali sulaikyti šilumą – tai svarbu šaltiems dangaus kūnams, kurie yra gana toli nuo šviesulio.

Stebėjimo duomenys rodo, kad kieto, skysto ar dujinio būvio vanduo yra Merkurijaus ašigalių, meteoritų ir kometų viduje, taip pat Jupiteryje, Saturne, Urane ir Neptūne. Mokslininkai taip pat teigia, kad Jupiterio palydovai Europa, Ganymede ir Callisto turi didžiulius požeminius skysto vandens vandenynus. Jie vienokiu ar kitokiu pavidalu jį rado tarpžvaigždinėse dujose ir net tokiose neįtikėtinose vietose kaip žvaigždžių fotosfera.

Tačiau vandens pėdsakų tyrimas gali būti perspektyvus astrobiologams (nežemiškos biologijos specialistams) tik tada, kai yra kitos tinkamos sąlygos. Pavyzdžiui, temperatūra, slėgis ir cheminė sudėtis tame pačiame Saturne ir Jupiteryje yra per ekstremalios ir permainingos, kad gyvi organizmai prie jų prisitaikytų.

Kitas dalykas – šalia mūsų esančios planetos. Net jei šiandien jie atrodo nesvetingai, ant jų gali išlikti nedidelės oazės su „buvusios prabangos likučiais“.

2002 m. Marso Odisėjos orbita aptiko vandens ledo nuosėdas po Marso paviršiumi. Po šešerių metų zondas Phoenix patvirtino savo pirmtako rezultatus, gaudamas skystą vandenį iš ledo mėginio iš ašigalio.

Tai atitiko teoriją, kad skysto vandens Marse buvo visai neseniai (astronominiais standartais). Vienų šaltinių teigimu, lietus Raudonojoje planetoje lijo „tik“prieš 3,5 milijardo metų, kitų – net prieš 1,25 mln.

Tačiau iš karto iškilo kliūtis: vanduo Marso paviršiuje negali egzistuoti skystoje būsenoje. Esant žemam atmosferos slėgiui, jis iš karto pradeda virti ir garuoti – arba užšąla. Todėl didžioji dalis žinomo vandens planetos paviršiuje yra ledo būklės. Buvo vilties, kad įdomiausia vyksta po paviršiumi. Taip iškilo druskos ežerų po Marsu hipotezė. Ir tik kitą dieną ji gavo patvirtinimą.

Italijos kosmoso agentūros mokslininkai viename iš Marso ašigalių aptiko keturių ežerų su skystu vandeniu sistemą, esančią daugiau nei 1,5 kilometro gylyje. Atradimas atliktas naudojant radijo zondavimo duomenis: prietaisas radijo bangas nukreipia į planetos vidų, o mokslininkai pagal jų atspindį nustato jo sudėtį ir struktūrą.

Ištisos ežerų sistemos egzistavimas, anot darbo autorių, leidžia manyti, kad tai įprastas Marso reiškinys.

Tiksli druskų koncentracija Marso ežeruose ir jų sudėtis vis dar nežinoma. Pasak Marso programos mokslinio direktoriaus Roberto Orosei, mes kalbame apie labai stiprius sprendimus su „dešimtimis procentų“druskos.

Žemėje yra halofilinių mikrobų, kurie mėgsta didelį druskingumą, aiškina mikrobiologė Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Jie išskiria medžiagas, kurios padeda palaikyti vandens ir elektros pusiausvyrą ir saugo ląstelių struktūras. Tačiau net ir itin sūriuose požeminiuose ežeruose (brinuose), kurių koncentracija iki 30 %, tokių mikrobų yra nedaug.

Anot Orosei, Marso ežeruose galėjo likti gyvybės formų pėdsakų, egzistavusių, kai planetos paviršiuje buvo šiltesnis klimatas ir vanduo, o sąlygos priminė ankstyvąją Žemę.

Tačiau yra dar viena kliūtis: pati vandens sudėtis. Marso dirvožemyje gausu perchloratų – perchlorato rūgšties druskų. Perchlorato tirpalai užšąla žymiai žemesnėje temperatūroje nei įprastas ar net jūros vanduo. Tačiau problema ta, kad perchloratai yra aktyvūs oksidatoriai. Jie skatina organinių molekulių irimą, vadinasi, yra kenksmingi mikrobams.

Galbūt neįvertiname gyvenimo gebėjimo prisitaikyti prie atšiauriausių sąlygų. Tačiau norint tai įrodyti, reikia rasti bent vieną gyvą ląstelę.

„Plytos“be šaudymo

Žemėje gyvenančios gyvybės formos neįsivaizduojamos be sudėtingų organinių molekulių, turinčių anglies. Kiekvienas anglies atomas vienu metu gali sukurti iki keturių ryšių su kitais atomais, todėl susidaro milžiniška junginių gausa. Anglies „skeletas“yra visų organinių medžiagų pagrindu – įskaitant baltymus, polisacharidus ir nukleino rūgštis, kurios laikomos svarbiausiais gyvybės „statybiniais blokais“.

Panspermijos hipotezė tik teigia, kad gyvybė savo paprasčiausiomis formomis atkeliavo į Žemę iš kosmoso. Kažkur tarpžvaigždinėje erdvėje susiklostė sąlygos, kurios leido surinkti sudėtingas molekules.

Galbūt ne ląstelės pavidalu, o savotiško protogenomo – nukleotidų, galinčių daugintis pačiu paprasčiausiu būdu ir užkoduoti informaciją, reikalingą molekulės išlikimui, pavidalu.

Pirmą kartą tokioms išvadoms pagrindas atsirado prieš 50 metų. 1969 metais Australijoje nukritusio Markisono meteorito viduje buvo rastos uracilo ir ksantino molekulės. Tai azotinės bazės, galinčios sudaryti nukleotidus, iš kurių jau susidaro nukleorūgščių polimerai – DNR ir RNR.

Mokslininkų užduotis buvo nustatyti, ar šie radiniai yra taršos Žemėje pasekmė, po kritimo, ar nežemiškos kilmės. O 2008 metais taikant radioaktyviosios anglies metodą pavyko nustatyti, kad uracilas ir ksantinas iš tiesų susidarė prieš meteoritui nukritus į Žemę.

Dabar Markisone ir panašiuose meteorituose (jie vadinami anglies chondritais) mokslininkai rado įvairiausių bazių, iš kurių susidaro ir DNR, ir RNR: sudėtingų cukrų, įskaitant ribozę ir dezoksiribozę, įvairių aminorūgščių, įskaitant nepakeičiamas riebalų rūgštis. Be to, yra požymių, kad organinės medžiagos susidaro tiesiogiai erdvėje.

2016 metais, pasitelkus Europos kosmoso agentūros Rosetta aparatą, Gerasimenko kometos uodegoje buvo rasta paprasčiausios aminorūgšties - glicino - pėdsakų, taip pat fosforo, kuris taip pat yra svarbus komponentas gyvybės kilmei. - Čiurumovas.

Tačiau tokie atradimai rodo, kaip gyvybė galėjo būti atnešta į Žemę. Vis dar neaišku, ar jis gali išgyventi ir vystytis ilgą laiką ne antžeminėmis sąlygomis. „Didelės molekulės, sudėtingos molekulės, kurias be jokių galimybių priskirtume organinėms Žemėje, gali būti susintetintos erdvėje nedalyvaujant gyvoms būtybėms“, – sako astronomas Dmitrijus Vibe. „Žinome, kad tarpžvaigždinė organinė medžiaga pateko į Saulės sistemą ir Bet tada jai atsitiko kažkas kita – keitėsi izotopų sudėtis ir simetrija.

Pėdsakai atmosferoje

Kitas daug žadantis būdas ieškoti gyvybės yra susijęs su biosignatures arba biomarkeriais. Tai medžiagos, kurių buvimas planetos atmosferoje ar dirvožemyje neabejotinai rodo gyvybės buvimą. Pavyzdžiui, Žemės atmosferoje yra daug deguonies, kuris susidaro vykstant fotosintezei, dalyvaujant augalams ir žaliesiems dumbliams. Jame taip pat yra daug metano ir anglies dioksido, kuriuos gamina bakterijos ir kiti gyvi organizmai, vykstant dujų mainams kvėpuojant.

Tačiau metano ar deguonies pėdsakų radimas atmosferoje (taip pat ir vandenyje) dar nėra priežastis atidaryti šampaną. Pavyzdžiui, metano galima rasti ir į žvaigždes panašių objektų – rudųjų nykštukų – atmosferoje.

O deguonis gali susidaryti dėl vandens garų skilimo, veikiant stipriai ultravioletinei spinduliuotei. Tokios sąlygos stebimos egzoplanetoje GJ 1132b, kur temperatūra siekia 230 laipsnių Celsijaus. Gyvenimas tokiomis sąlygomis neįmanomas.

Kad dujos būtų laikomos biosignatūra, turi būti įrodyta jų biogeninė kilmė, tai yra, jos turi susiformuoti būtent dėl gyvų būtybių veiklos. Tokią dujų kilmę rodo, pavyzdžiui, jų kintamumas atmosferoje. Stebėjimai rodo, kad metano lygis Žemėje svyruoja pagal sezoną (o gyvų būtybių aktyvumas priklauso nuo sezono).

Jeigu kitoje planetoje metanas dingsta iš atmosferos, vadinasi, atsiranda (ir tai galima užfiksuoti, pavyzdžiui, per metus), vadinasi, jį kažkas skleidžia.

Marsas vėl pasirodė vienas iš galimų „gyvo“metano šaltinių. Pirmuosius jo požymius dirvožemyje atskleidė Vikingų programos prietaisai, kurie į planetą buvo išsiųsti dar 1970-aisiais – kaip tik su tikslu ieškoti organinės medžiagos. Aptiktos metano molekulės kartu su chloru iš pradžių buvo laikomos įrodymu. Tačiau 2010 m. nemažai tyrinėtojų peržiūrėjo šį požiūrį.

Jie nustatė, kad mums jau žinomi perchloratai Marso dirvožemyje kaitinami sunaikina didžiąją dalį organinių medžiagų. O mėginiai iš vikingų buvo kaitinami.

Marso atmosferoje metano pėdsakai pirmą kartą buvo aptikti 2003 m. Šis radinys iškart atgaivino pokalbius apie Marso tinkamumą gyventi. Faktas yra tai, kad bet koks reikšmingas šių dujų kiekis atmosferoje neišsilaikytų ilgai, bet būtų sunaikintas ultravioletinių spindulių. Ir jei metanas nesuyra, mokslininkai padarė išvadą, kad Raudonojoje planetoje yra nuolatinis šių dujų šaltinis. Ir vis dėlto mokslininkai tvirto pasitikėjimo neturėjo: gauti duomenys neatmeta, kad rastas metanas yra ta pati „tarša“.

Tačiau 2019 m. marsaeigio „Curiosity“stebėjimai užfiksavo neįprastai padidėjusį metano kiekį. Be to, paaiškėjo, kad dabar jo koncentracija tris kartus viršija 2013 metais užfiksuotą dujų lygį. Ir tada atsitiko dar paslaptingesnis dalykas – metano koncentracija vėl nukrito iki foninių verčių.

Metano mįslė vis dar neturi vienareikšmio atsakymo. Remiantis kai kuriomis versijomis, roveris gali būti kraterio apačioje, kuriame yra požeminis metano šaltinis, o jo išleidimas yra susijęs su planetos tektoniniu aktyvumu.

Tačiau biologiniai parašai gali būti gana neaiškūs. Pavyzdžiui, 2020 m. rugsėjį Kardifo universiteto komanda Veneroje aptiko fosfino dujų pėdsakų – specialaus fosforo junginio, dalyvaujančio anaerobinių bakterijų metabolizme.

2019 metais kompiuterinis modeliavimas parodė, kad fosfinas negali susidaryti planetose, turinčiose kietą šerdį, nebent dėl gyvų organizmų veiklos. O Veneroje rastas fosfino kiekis bylojo, kad tai nebuvo klaida ar atsitiktinė priemaiša.

Tačiau nemažai mokslininkų šį atradimą vertina skeptiškai. Astrobiologas ir sumažintų fosforo būsenų ekspertas Matthew Pasekas teigė, kad egzistuoja koks nors egzotiškas procesas, į kurį nebuvo atsižvelgta atliekant kompiuterinį modeliavimą. Būtent jis galėjo įvykti Veneroje. Pasekas pridūrė, kad mokslininkai vis dar nėra tikri, kaip gyvybė Žemėje gamina fosfiną ir ar jį apskritai gamina organizmai.

Palaidotas akmenyje

Kitas galimas gyvybės ženklas, vėlgi susijęs su Marsu, yra keistų struktūrų, panašių į gyvų būtybių liekanas, buvimas planetos pavyzdžiuose. Tai apima Marso meteoritą ALH84001. Jis išskrido iš Marso maždaug prieš 13 000 metų, o 1984 m. Antarktidoje jį rado geologai, važinėjantys sniego motociklais aplink Alano kalvas (ALH reiškia Allan Hills) Antarktidoje.

Šis meteoritas turi dvi savybes. Pirma, tai yra uolienų pavyzdys iš to paties „šlapio Marso“eros, tai yra laikas, kai ant jo galėjo būti vandens. Antrasis – jame aptikti keisti dariniai, primenantys suakmenėjusius biologinius objektus. Be to, paaiškėjo, kad juose yra organinių medžiagų pėdsakų! Tačiau šios „suakmenėjusios bakterijos“neturi nieko bendra su antžeminiais mikroorganizmais.

Jie yra per maži bet kokiai antžeminei ląstelių gyvybei. Tačiau gali būti, kad tokios struktūros nurodo gyvybės pirmtakus. 1996 m. Davidas McKay'us iš NASA Džonsono centro ir jo kolegos meteorite aptiko taip vadinamus pseudomorfus – neįprastas kristalines struktūras, imituojančias (šiuo atveju) biologinio kūno formą.

Netrukus po 1996 m. paskelbimo, Arizonos universiteto planetologas Timothy Swindle'as atliko neoficialią daugiau nei 100 mokslininkų apklausą, siekdamas išsiaiškinti, kaip mokslinė bendruomenė mano apie šiuos teiginius.

Daugelis mokslininkų skeptiškai žiūrėjo į McKay grupės teiginius. Visų pirma, daugelis tyrinėtojų teigė, kad šie inkliuzai gali atsirasti dėl vulkaninių procesų. Kitas prieštaravimas buvo susijęs su labai mažais (nanometriniais) konstrukcijų matmenimis. Tačiau šalininkai tam prieštaravo, kad Žemėje buvo rasta nanobakterijų. Yra darbas, parodantis esminį šiuolaikinių nanobakterijų neatskiriamumą nuo objektų iš ALH84001.

Diskusijos įstrigo dėl tos pačios priežasties, kaip ir Veneros fosfino atveju: mes vis dar mažai suprantame, kaip susidaro tokios struktūros. Niekas negali garantuoti, kad panašumas nėra atsitiktinumas. Be to, Žemėje yra kristalų, tokių kaip keritas, kuriuos sunku atskirti nuo „suakmenėjusių“net paprastų mikrobų liekanų (jau nekalbant apie prastai ištirtas nanobakterijas).

Nežemiškos gyvybės paieškos yra tarsi bėgimas paskui savo šešėlį. Atrodo, kad atsakymas prieš mus, tereikia prieiti arčiau. Tačiau jis tolsta, įgauna naujų sudėtingumo ir išlygų. Taip veikia mokslas – pašalinant „klaidingus teigiamus dalykus“. Ką daryti, jei spektrinė analizė sugenda? O kas, jei metanas Marse yra tik vietinė anomalija? Ką daryti, jei struktūros, kurios atrodo kaip bakterijos, yra tik gamtos žaidimas? Negalima visiškai atmesti visų abejonių.

Visai gali būti, kad Visatoje nuolat atsiranda gyvybės protrūkių – čia ir ten. O mes su savo teleskopais ir spektrometrais visada vėluojame į pasimatymą. Arba, atvirkščiai, atvykstame per anksti. Bet jei tikite Koperniko principu, teigiančiu, kad Visata kaip visuma yra vienalytė ir žemiški procesai turi vykti kažkur kitur, anksčiau ar vėliau susikirsime. Tai laiko ir technologijų klausimas.