ASZTROBIOLÓGIA: TÖRTÉNELEM, A TANULMÁNY TÁRGYA ÉS FONTOSSÁGA - BIOLÓGIA - 2024

Az asztrobiológia vagy az exobiológia a biológia egyik ága, amely az élet eredetével, eloszlásával és dinamikájával foglalkozik mind bolygónk, mind az egész univerzum összefüggésében. Azt mondhatnánk tehát, hogy mivel a tudományos asztrobiológia az univerzumra vonatkozik, mi a biológia a Föld bolygóra.

Az asztrobiológia széles spektrumának köszönhetően más tudományok konvergálnak benne, például: fizika, kémia, csillagászat, molekuláris biológia, biofizika, biokémia, kozmológia, geológia, matematika, számítástechnika, szociológia, antropológia, régészet.

1. ábra: Az élet és az űrkutatás közötti kapcsolat művészi értelmezése. Forrás: NASA / Cheryse Triano

Az astrobiológia az életet olyan jelenségnek tekinti, amely "univerzális" lehet. A lehetséges összefüggésekkel vagy forgatókönyvekkel foglalkozik; követelményei és minimális feltételei; az érintett folyamatok; kiterjedt folyamatai; többek között. Nem korlátozódik az intelligens életre, hanem az élet minden lehetséges típusát feltárja.

Az asztrobiológia története

Az asztrobiológia története talán az emberiség mint faj kezdetein nyúlik vissza, és annak képességére, hogy megkérdőjelezze a bolygónk kozmoszát és életét. Innentől származnak az első látomások és magyarázatok, amelyek a mai napig sok népi mítoszban jelen vannak.

Az arisztotelészi jövőkép

Az arisztotelészi látomás a Napot, a Holdot, a többi bolygót és a csillagokat tökéletes gömböknek tekintette, amelyek keringtek minket és koncentrikus köröket készítettek körülöttünk.

Ez a látás alkotta a világegyetem geocentrikus modelljét, és ez az elgondolás jelképezte az emberiséget a középkorban. Valójában akkoriban nem lehetett értelme annak a kérdésnek, hogy léteznek-e bolygónkon kívüli „lakók”.

A kopernikuszi kilátás

A középkorban Nicolás Copernicus javaslatot tett heliocentrikus modelljére, amely a Földet egy újabb bolygóvá tette, és a Nap körül forog.

Ez a megközelítés nagymértékben befolyásolta azt a módot, ahogy a világegyetem többi részére nézünk, sőt magunkra is nézzünk, mivel olyan helyre helyezte bennünket, amely talán nem volt olyan „különleges”, mint gondoltuk. Ezután lehetőség van más bolygók létezésére is, amelyek hasonlóak a miénkhez, és ezzel együtt az ismeretlentől eltérő életnek.

2. ábra. A Kopernikusz helicentrikus rendszere. Forrás: Nyilvános, a Wikimedia Commonson keresztül

A földönkívüli élet első ötletei

A francia író és filozófus, Bernard le Bovier de Fontenelle a 17. század végén már javasolta, hogy az élet más bolygókon is létezzen.

A 18. század közepén sok, a megvilágosodással kapcsolatos tudós írt a földönkívüli életről. Még a korszak vezető csillagászai, mint Wright, Kant, Lambert és Herschel, feltételezték, hogy bolygók, holdak és még üstökösök is lakhatnak.

Így kezdődött a tizenkilencedik század a tudományos kutatók, filozófusok és teológusok többségével, akik szinte minden bolygón megosztották a földönkívüli élet meggyőződését. Ezt akkoriban helyes feltételezésnek tekintették, a kozmosz növekvő tudományos megértése alapján.

A Naprendszer égi testeinek (kémiai összetételük, légköre, gravitációja, fény és hő) közötti hatalmas különbségeket nem vettük figyelembe.

A távcsövek erejének növekedésével és a spektroszkópia megjelenésével azonban a csillagászok meg tudták érteni a közeli bolygó atmoszférájának kémiai jellemzőit. Így kizárható, hogy a közeli bolygókat a szárazföldi növényekhez hasonló szervezetek lakják.

Az asztrobiológiai tanulmány tárgya

Az astrobiológia a következő alapvető kérdések tanulmányozására összpontosít:

• Mi az élet?
• Hogyan alakult ki az élet a Földön?
• Hogyan fejlődik és fejlődik az élet?
• Van-e élet máshol az univerzumban?
• Mi a jövője az életnek a Földön és az univerzum más részein, ha létezik?

Ezekből a kérdésekből sok más kérdés merül fel, amelyek mind az asztrobiológia tanulmányozásának tárgyához kapcsolódnak.

A Mars mint kutatási és űrkutatási modell

A vörös bolygó, a Mars, a Naprendszer földön kívüli életének hipotéziseinek utolsó bástyája volt. Az élet ezen a bolygón való létezésének gondolata kezdetben a csillagászok által a 19. század végén és a 20. század elején tett megfigyelésekből származott.

Azt állították, hogy a marsi felszínen található jelek valóban az intelligens organizmusok populációja által épített csatornák. Ezeket a mintákat most a szél eredményének tekintik.

A küldetések

A Mariner űrszondák példák az 1950-es évek végén kezdődött űrkorszakra. Ez a korszak lehetővé tette a Naprendszer bolygó- és holdfelületének közvetlen megjelenítését és vizsgálatát; így kizárva a többsejtű és könnyen felismerhető földönkívüli életformák igényét a Naprendszerben.

1964-ben a NASA Mariner 4 missziója elküldte az első közeli fényképeket a marsi felületről, amely egy alapvetően sivatagi bolygót ábrázolt.

A Marsra és a külső bolygókra vonatkozó későbbi missziók azonban lehetővé tették e testek és holdjaik részletes áttekintését, és különösen a Mars esetében a korai történelem részleges megértését.

Különböző földön kívüli körülmények között a tudósok olyan környezeteket találtak, amelyek nem különböznek nagyon eltér a Föld lakott környezetétől.

Az első űrkutatások legfontosabb következtetése a spekulatív feltételezések helyettesítése kémiai és biológiai bizonyítékokkal, amely lehetővé teszi objektív tanulmányozását és elemzését.

Van-e élet a Marson? A küldetés

Mindenekelőtt a Mariner missziók eredményei alátámasztják a Marson való élet létezésének hipotézisét. Ugyanakkor figyelembe kell vennünk, hogy a makroszkopikus életet keresették. A későbbi missziók megkérdőjelezték a mikroszkopikus élet hiányát.

3. ábra: A Viking misszió orbitális és földi szonda. Forrás: Don Davis, a Wikimedia Commons segítségével

Például a viking misszió földi szondájával elvégzett három, az élet észlelésére szolgáló kísérlet közül kettő pozitív és egy negatív.

Ennek ellenére a Viking szondakísérletekben részt vevő legtöbb tudós egyetért abban, hogy nincs bizonyíték a baktériumok életéről a Marson, és az eredmények hivatalosan nem egyértelműek.

4. ábra: A Viking misszió leszállószonda (Lander). Forrás: NASA / JPL-Caltech / Arizonai Egyetem, a Wikimedia Commons segítségével

Missions

A vikingek misszióinak ellentmondásos eredményeit követően az Európai Űrügynökség (ESA) 2003-ban elindította a Mars Express missziót, amelyet kifejezetten exobiológiai és geokémiai vizsgálatokhoz terveztek.

Ez a küldetés magában foglalta a Beagle 2 nevű szondát (a hajó homonimája, ahová Charles Darwin utazott), amelynek célja a Mars sekély felületén az élet jeleinek keresése volt.

Ez a szonda sajnos elvesztette a kapcsolatot a Földdel, és nem tudta kielégítően elvégezni küldetését. Hasonló sors volt a NASA "Mars Polar Lander" szondája 1999-ben.

Küldetés

E sikertelen kísérletek után, 2008 májusában, a NASA Phoenix missziója elérte a Marsot, mindössze 5 hónap alatt rendkívüli eredményeket ért el. Fő kutatási céljai exobiológiai, klimatikus és geológiai voltak.

Ez a szonda bizonyította:

• Hó a Mars légkörében.
• Víz jég formájában a bolygó felső rétegei alatt.
• Alapvető talajok pH-ja 8 és 9 között (legalább a süllyedéshez közeli területen).
• Folyékony víz a Mars felszínén a múltban

A Mars felfedezése folytatódik

Ma folytatódik a Mars felfedezése csúcstechnológiájú robot eszközökkel. A Rovers missziók (MER-A és MER-B) lenyűgöző bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a Marson vízaktivitás zajlott.

Például bizonyítékot találtak édesvízre, forró forrásokra, sűrű atmoszférára és aktív vízciklusra.

5. ábra: A Rover MER-B (Opportunity) rajza a Mars felszínén. Forrás: NASA / JPL / Cornell Egyetem, Maas Digital LLC, a Wikimedia Commonson keresztül

A Marson bizonyítékot szereztek arra, hogy néhány sziklát folyékony víz jelenlétében formáltak, például Jarositot, amelyet a MER-B (Opportunity) Rover észlel, amely 2004 és 2018 között aktív volt.

A Rover MER-A (Curiosity) a metán szezonális ingadozásait mérte, amelyek mindig kapcsolódtak a biológiai aktivitáshoz (az 2018-ban közzétett adatok a Science folyóiratban). Szerves molekulákat, például tiofént, benzolt, toluolt, propánt és butánt is talált.

6. ábra: A Mars metánszintjének szezonális ingadozása, a Rover MER-A (Curiosity) alapján mérve. Forrás: NASA / JPL-Caltech

Víz volt a Marson

Noha a Mars felszíne jelenleg szellemetlen, egyértelmű bizonyíték van arra, hogy a távoli múltban a marsi éghajlat lehetővé tette, hogy a folyadékvíz, amely az életünk egyik alapvető alkotóeleme, felhalmozódjon a felszínen.

A Rover MER-A (kíváncsiság) adataiból kiderül, hogy milliárd évvel ezelőtt a Gale-kráter belsejében lévő tó az élethez szükséges összes összetevőt tartalmazta, beleértve a kémiai összetevőket és az energiaforrásokat.

Március meteoritok

Egyes kutatók úgy vélik, hogy a marsi meteoritok jó információforrás a bolygóról, sőt arra utalnak, hogy vannak természetes szerves molekulák és akár baktériumok mikrofossziliségei is. Ezek a megközelítések tudományos vita tárgyát képezik.

7. ábra: Az ALH84001 meteorit belső szerkezetének mikroszkopikus képe, a bacillákhoz hasonló szerkezeteket mutatva. Forrás: NASA, a Wikimedia Commons segítségével

Ezek a Marsból származó meteoritok nagyon ritkák és a vörös bolygó egyetlen közvetlenül analizálható mintája.

Panspermia, meteoritok és üstökösök

Az egyik hipotézist, amely a meteoritok (és az üstökösök) tanulmányozását is támogatja, panspermianak hívták. Ez abból a feltételezésből áll, hogy a múltban a Föld gyarmatosítása mikroorganizmusok által történt, amelyek ezekbe a meteoritokba kerültek.

Ma is vannak hipotézisek, amelyek szerint a földi víz olyan üstökösökből származott, amelyek a múltban bombázták a bolygónkat. Ezenfelül úgy gondolják, hogy ezek a üstökösök ősmolekulákat hoztak magukkal, amelyek lehetővé tették az élet fejlődését, vagy akár a benne már kialakult életet is.

Nemrég, 2017. szeptemberében az Európai Űrügynökség (ESA) sikeresen befejezte a 2004-ben elindított Rosseta missziót. Ez a misszió a 67P / Churyumov-Gerasimenko üstökös felfedezéséből állt a Philae-szondával, amely elérte és körüli körüli pályára bocsátotta. majd leszállni. E küldetés eredményeit még vizsgálják.

Az asztrobiológia fontossága

Fermi paradoxona

Elmondható, hogy az aastrobiológia tanulmányozását ösztönző eredeti kérdés a következő: Egyedül vagyunk az univerzumban?

Csak a Tejútban több száz milliárd csillagrendszer létezik. Ez a tény az univerzum korával együtt azt sugallja, hogy az életnek általános jelenségnek kell lennie galaxisunkban.

Ennek a témának a körében a Nobel-díjas fizikus, Enrico Fermi által feltett kérdés híres: „Hol vannak mindenki?”, Amelyet egy ebéd összefüggésében feltett, ahol a galaxisnak tele kellene lennie. az életé.

A kérdés végül olyan paradoxont ​​eredményezett, amely nevét viseli, és amelyet a következőképpen állítanak:

A SETI program és a földönkívüli intelligencia keresése

Az egyik lehetséges válasz a Fermi-paradoxonra az, hogy a civilizációk, amelyekre gondolunk, valójában ott vannak, de nem kerestük őket.

1960-ban Frank Drake más csillagászokkal együtt elindította a Földön kívüli intelligencia keresése (SETI) programot.

Ez a program a NASA-val közös erőfeszítéseket tett a földönkívüli élet jeleinek, például a rádió és a mikrohullámú jelek keresésében. Az a kérdés, hogy hogyan és hol kell ezeket a jeleket keresni, nagy előrelépésekhez vezetett a tudomány számos ágában.

8. ábra: A SETI által használt rádióteleszkóp Arecibos (Puerto Rico). Forrás: JidoBG, a Wikimedia Commonsból

1993-ban az Egyesült Államok Kongresszusa törölte a NASA e célból nyújtott finanszírozását, mivel tévesen értelmezték a keresés jelentését. Ma a SETI projektet magánforrásokból finanszírozzák.

A SETI projekt olyan hollywoodi filmeket hozott létre, mint például a Contact, a Jodie Foster színésznő, és a világhírű csillagász, Carl Sagan írott regénye ihlette.

Drake egyenlete

Frank Drake becslte a kommunikációs készséggel rendelkező civilizációk számát a nevét viselő kifejezés felhasználásával:

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

Ahol N a civilizációk számát képviseli, amelyek képesek kommunikálni a Földdel, és más változók, például:

• R *: a napunkhoz hasonló csillagok képződési sebessége
• f _p: ezen csillagrendszerek töredéke bolygókkal
• n _e: a Földhez hasonló bolygók száma bolygórendszerenként
• f _l: ezeknek a bolygóknak a hányada, ahol az élet fejlődik
• f _i: a frakció, amelyben az intelligencia felmerül
• f _c: a kommunikációs szempontból illeszkedő bolygók hányada
• L: ezen civilizációk várható élettartama.

Drake ezt az egyenletet eszközként fogalmazta meg a probléma „méretének” meghatározására, és nem a konkrét becslések elvégzéséhez, mivel annak sok kifejezését rendkívül nehéz megbecsülni. Egyetértés van abban, hogy a szám, amelyet hajlandó dobni, nagy.

Új forgatókönyvek

Meg kell jegyeznünk, hogy amikor a Drake-egyenletet megfogalmazták, nagyon kevés bizonyíték volt a Naprendszerünkön kívüli bolygókról és holdakról (exoplanetek). Az 1990-es években jelentek meg az exoplanetek első bizonyítékai.

9. ábra. Kepler távcső. Forrás: NASA, a Wikimedia Commons segítségével

Például a NASA Kepler-missziója 3538 exoplanet-jelöltet észlelt, amelyek közül legalább 1000-et a vizsgált rendszer "lakhatósági zónájában" tartanak (olyan távolság, amely lehetővé teszi a folyékony víz létezését).

Asztrobiológia és a Föld végeinek feltárása

Az asztrobiológia egyik előnye, hogy nagymértékben ösztönözte a saját bolygónk felfedezésének vágyát. Ez abban a reményben, hogy analógia útján megérti az élet működését más helyzetekben.

Például az óceánfenék hidrotermikus szellőzőnyílásainak vizsgálata lehetővé tette számunkra, hogy először megfigyeljük a fotoszintézissel nem összefüggő életet. Vagyis ezek a tanulmányok megmutatták nekünk, hogy léteznek olyan rendszerek, amelyekben az élet nem függ a napfénytől, amelyet mindig is nélkülözhetetlen követelménynek tartottak.

Ez lehetővé teszi számunkra, hogy feltételezzük az élet lehetséges forgatókönyveit azon a bolygókon, ahol folyékony víz található, de vastag jégrétegek alatt, ami megakadályozná a fény érkezését az organizmusokhoz.

Egy másik példa az Antarktisz száraz völgyeinek vizsgálata. Itt olyan fotoszintetikus baktériumokat kaptunk, amelyek a sziklák belsejében menekültek (endolitikus baktériumok).

Ebben az esetben a szikla egyaránt támasztékként és védelemként szolgál a hely káros körülményei ellen. Ezt a stratégiát sós lakásokban és meleg forrásokban is kimutatták.

10. ábra. A McMurdo száraz völgyek az Antarktiszon, a Föld egyik leginkább hasonlító helye a Marshoz. Forrás: az Egyesült Államok államminisztériuma, a Wikimedia Commons segítségével

Asztrobiológiai perspektívák

A földön kívüli élet tudományos kutatása eddig sikertelen volt. De ez egyre kifinomultabb, mivel az asztrobiológiai kutatások új betekintést nyernek. Az asztrobiológiai kutatások következő évtizedében az alábbiak láthatók:

• Nagyobb erőfeszítések a Mars, valamint a Jupiter és a Szaturnusz jeges holdjai felfedezésére.
• Példátlan képesség az extoláris bolygók megfigyelésére és elemzésére.
• Nagyobb lehetőség az egyszerűbb életformák megtervezésére és tanulmányozására a laboratóriumban.

Mindezek a haladások kétségkívül növelik annak valószínűségét, hogy a Föld-szerű bolygókon életet találunk. De valószínűleg a földön kívüli élet nem létezik, vagy olyan szétszórtan van a galaxisban, hogy szinte nincs esélyünk arra, hogy megtaláljuk.

Még ha ez utóbbi forgatókönyv is igaz, az asztrobiológiai kutatások egyre szélesebb körűen kibővítik a Földön élő életünk és az univerzumban betöltött helyünk perspektíváját.

Irodalom

1. Chela-Flores, J. (1985). Az evolúció mint kollektív jelenség. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Szerves anyag őrződött meg 3 milliárd éves sárkövekben a Mars Gale-kráterén. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Asztrobiológia: áttekintés. In: Kolb, Vera (szerk.). ASTROBIOLÓGIA: Evolutionary Approach CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Az Antarktisz felső száraz völgyének örökké fagyos térségében a mikrobiális élet hidegszáraz határainak figyelembe vétele mellett. Az ISME Journal, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Néhány probléma a metán eredetével kapcsolatban a Marson. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Viking címkézett kiadású biológiai kísérlet: időközi eredmények. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Szerves molekulák a Marson. Science, 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). A metán háttérszintje a Mars légkörében erős szezonális eltéréseket mutat. Science, 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 víz-jég felhők és csapadék. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344