ASTROBIOLOGIJA: POVIJEST, PREDMET PROUČAVANJA I ZNAČAJ - BIOLOGIJA - 2026

Astrobiologija ili exobiology je grana biologije koja se bavi podrijetla, distribucije i dinamiku života u kontekstu u obje naše planete, kao i cijelog svemira. Mogli bismo tada reći da je znanstvena astrobiologija svemir, što je biologija planetu Zemlji.

Zbog širokog spektra djelovanja astrobiologije, u njoj se konvergiraju druge znanosti poput: fizike, kemije, astronomije, molekularne biologije, biofizike, biokemije, kozmologije, geologije, matematike, računarstva, sociologije, antropologije, arheologije, između ostalih.

Slika 1. Umjetnička interpretacija povezanosti života i svemira. Izvor: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologija shvaća život kao fenomen koji bi mogao biti "univerzalan". Bavi se njihovim mogućim kontekstima ili scenarijima; njegove zahtjeve i minimalne uvjete; uključeni procesi; njegovi ekspanzivni procesi; među ostalim temama. Nije ograničen na inteligentan život, već istražuje svaku moguću vrstu života.

Povijest astrobiologije

Povijest astrobiologije možda seže do početaka čovječanstva kao vrste i njegove sposobnosti propitivanja samog sebe o kozmosu i životu na našem planetu. Odatle proizlaze prve vizije i objašnjenja koja su i danas prisutna u mitovima mnogih naroda.

Aristotelov vid

Aristotelovska vizija smatrala je Sunce, Mjesec, ostale planete i zvijezde savršenim sferama koje su nam okruživale praveći koncentrične krugove oko nas.

Ova je vizija činila geocentrični model svemira i bila je koncepcija koja je obilježila čovječanstvo tijekom srednjeg vijeka. Vjerojatno tada nije moglo imati smisla pitanje postojanja „stanovnika“ izvan našeg planeta.

Kopernikov pogled

U srednjem vijeku Nicolás Kopernik predložio je svoj heliocentrični model koji je Zemlju stavio kao još jedan planet, koji se okreće oko sunca.

Taj je pristup duboko utjecao na način na koji gledamo ostatak svemira, pa čak i na sebe, jer nas je stavio na mjesto koje možda i nije bilo tako „posebno“ kao što smo mislili. Zatim mogućnost postojanja drugih planeta sličnih našem i, s njim, života različitog od onoga kojeg poznajemo.

Slika 2. Heliocentrični sustav Kopernika. Izvor: Javna domena, putem Wikimedia Commonsa

Prve ideje izvanzemaljskog života

Francuski pisac i filozof, Bernard le Bovier de Fontenelle, krajem 17. stoljeća već je predložio da život može postojati i na drugim planetima.

Sredinom 18. stoljeća mnogi su učenjaci povezani s prosvjetiteljstvom pisali o izvanzemaljskom životu. Čak su i vodeći astronomi tog vremena kao što su Wright, Kant, Lambert i Herschel, pretpostavili da se planeti, Mjeseci, pa čak i kometi mogu naseljavati.

Tako je započelo devetnaesto stoljeće s većinom akademskih znanstvenika, filozofa i teologa, dijeleći uvjerenje u postojanje izvanzemaljskog života na gotovo svim planetima. Tada se to smatralo zvučnom pretpostavkom, zasnovanom na rastućem znanstvenom razumijevanju kosmosa.

Ogromne razlike između nebeskih tijela Sunčevog sustava (s obzirom na njihov kemijski sastav, atmosferu, gravitaciju, svjetlost i toplinu) bile su zanemarene.

Međutim, kako se snaga teleskopa povećavala i s pojavom spektroskopije, astronomi su mogli započeti razumjeti kemiju obližnjih planetarnih atmosfera. Stoga bi se moglo isključiti da obližnje planete naseljavaju organizmi slični zemaljskim.

Predmet proučavanja astrobiologije

Astrobiologija se usredotočuje na proučavanje sljedećih osnovnih pitanja:

• Što je život?
• Kako je nastao život na Zemlji?
• Kako se život razvija i razvija?
• Postoji li život negdje drugdje u svemiru?
• Kakva je budućnost života na Zemlji i drugdje u svemiru, ako postoji?

Iz tih pitanja proizlaze mnoga druga pitanja, koja su sva povezana s predmetom proučavanja astrobiologije.

Mars kao model za proučavanje i istraživanje svemira

Crveni planet, Mars, bio je posljednji bastion hipoteza o izvanzemaljskom životu unutar Sunčevog sustava. Ideja o postojanju života na ovom planetu u početku je potekla iz opažanja astronoma u kasnim 19. i početkom 20. stoljeća.

Tvrdili su da su oznake na marsovskoj površini zapravo kanali koje je izgradila populacija inteligentnih organizama. Ovi se obrasci danas smatraju proizvodom vjetra.

Misije

Mariner-ove svemirske sonde su primjer svemirskog doba koje je započelo kasnih pedesetih godina prošlog stoljeća. na taj način odbacujući tvrdnje o višećelijskim i lako prepoznatljivim vanzemaljskim životnim oblicima Sunčevog sustava.

Godine 1964. NASA-ina misija Mariner 4 poslala je prve krupne fotografije Marsovske površine, koje prikazuju u osnovi pustinjski planet.

Međutim, naknadne misije na Mars i vanjske planete omogućile su detaljan prikaz tih tijela i njihovih mjeseci, posebno u slučaju Marsa, djelomično razumijevanje njihove rane povijesti.

U raznim izvanzemaljskim sredinama, znanstvenici su otkrili da se okruženja ne razlikuju mnogo od naseljenih na Zemlji.

Najvažniji zaključak ovih prvih svemirskih misija bio je zamjena špekulativnih pretpostavki kemijskim i biološkim dokazima, što omogućuje objektivno proučavanje i analizu.

Postoji li život na Marsu? Misija

U prvom redu, rezultati Mariner-ovih misija podupiru hipotezu o nepostojanju života na Marsu. Međutim, moramo uzeti u obzir da se tražio makroskopski život. Naknadne misije postavile su sumnju u odsutnost mikroskopskog života.

Slika 3. Orbitalna i zemaljska sonda misije Viking. Izvor: Don Davis, putem Wikimedia Commonsa

Na primjer, od tri eksperimenta osmišljena za otkrivanje života, provedena zemaljskom sondom misije Viking, dva su bila pozitivna, a jedan negativan.

Unatoč tome, većina znanstvenika uključenih u eksperimente sonde za viking slaže se da ne postoje dokazi o bakterijskom životu na Marsu, a rezultati su službeno nepovjerljivi.

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

misije

Nakon kontroverznih rezultata vikinških misija, Europska svemirska agencija (ESA) pokrenula je misiju Mars Express 2003. godine, posebno dizajniranu za egzobiološke i geokemijske studije.

Ova misija uključivala je sondu pod nazivom Beagle 2 (istoimeni brod kojim je Charles Darwin putovao), dizajniranu za traženje znakova života na plitkoj površini Marsa.

Ova je sonda nažalost izgubila kontakt sa Zemljom i nije mogla na zadovoljavajući način izvršiti svoju misiju. Slična sudbina je imala NASA-inu sondu "Mars Polar Lander" 1999. godine.

Misija

Nakon ovih neuspjelih pokušaja, u svibnju 2008., NASA-ina misija Phoenix stigla je na Mars, postigavši ​​izvanredne rezultate u samo 5 mjeseci. Glavni su mu istraživački ciljevi bili egzobiološki, klimatski i geološki.

Ova je sonda mogla dokazati postojanje:

• Snijeg u atmosferi Marsa.
• Voda u obliku leda ispod gornjih slojeva ove planete.
• Osnovna tla s pH između 8 i 9 (barem na području blizu spuštanja).
• Tekuća voda na površini Marsa u prošlosti

Istraživanje Marsa se nastavlja

Istraživanje Marsa nastavlja se i danas pomoću visokotehnoloških robotskih instrumenata. Roverske misije (MER-A i MER-B) pružile su impresivne dokaze da je na Marsu postojala vodena aktivnost.

Na primjer, pronađeni su dokazi o slatkoj vodi, vrelom izvoru, gustom ozračju i aktivnom vodenom ciklusu.

Slika 5. Crtanje Rovera MER-B (Prilika) na površini Marsa. Izvor: NASA / JPL / Sveučilište Cornell, Maas Digital LLC, putem Wikimedia Commonsa

Na Marsu su prikupljeni dokazi da su neke stijene oblikovane u prisustvu tekuće vode, poput Jarosite, što je otkrio Rover MER-B (Opportunity), koji je bio aktivan od 2004. do 2018.

Rover MER-A (kuriozitet) mjerio je sezonske fluktuacije metana, što je uvijek povezano s biološkom aktivnošću (podaci objavljeni 2018. godine u časopisu Science). Također je pronašao organske molekule poput tiofena, benzena, toluena, propana i butana.

Slika 6. Sezonsko fluktuiranje nivoa metana na Marsu, izmjereno Rover MER-A (Radoznalost). Izvor: NASA / JPL-Caltech

Na Marsu je bilo vode

Iako je površina Marsa trenutno negostoljubiva, postoje jasni dokazi da je u dalekoj prošlosti marsovska klima dopustila da se na površini akumulira tekuća voda, bitan sastojak života kakav znamo.

Podaci Rover MER-A (kuriozitet) otkrivaju da je prije nekoliko milijardi godina jezero unutar kratera Gale sadržavalo sve potrebne sastojke za život, uključujući kemijske komponente i izvore energije.

Marsovski meteoriti

Neki istraživači smatraju marsovske meteorite dobrim izvorima informacija o planeti, čak i sugeriraju da postoje prirodne organske molekule, pa čak i mikrofosili bakterija. Ovi su pristupi predmet znanstvene rasprave.

Slika 7. Mikroskopski prikaz unutarnje strukture meteorita ALH84001, prikazujući strukture slične bacilima. Izvor: NASA, putem Wikimedia Commonsa

Ovi meteoriti s Marsa su vrlo rijetki i predstavljaju jedini neposredno analizirani uzorak crvenog planeta.

Panspermija, meteoriti i kometi

Jedna od hipoteza koja pogoduje proučavanju meteorita (pa i kometa) nazvana je panspermija. To se sastoji od pretpostavke da je u prošlosti došlo do kolonizacije Zemlje od strane mikroorganizama koji su došli unutar ovih meteorita.

Danas postoje i hipoteze koje sugeriraju da je zemaljska voda potjecala od kometa koji su u prošlosti bombardirali naš planet. Uz to, vjeruje se da su ovi kometi možda sa sobom donijeli primarne molekule, što je omogućilo razvoj života ili čak već razvijeni život smješten u njima.

Nedavno, u rujnu 2017., Europska svemirska agencija (ESA) uspješno je dovršila misiju Rosseta, započetu 2004. godine. Ta se misija sastojala od istraživanja kometa 67P / Churyumov-Gerasimenko s sondom Philae koja ga je dosegla i obišla oko njega. zatim se spustite. Rezultati ove misije još se proučavaju.

Važnost astrobiologije

Fermijev paradoks

Može se reći da je izvorno pitanje koje motivira za proučavanje Aastrobiologije glasi: Jesmo li sami u svemiru?

Samo u Mliječnom putu postoje stotine milijardi zvjezdanih sustava. Ova činjenica, zajedno s vremenom svemira, sugerira da bi život trebao biti uobičajena pojava u našoj galaksiji.

Oko ove teme poznato je pitanje koje je postavio fizičar Nobelove nagrade Enrico Fermi: "Gdje su svi?", Koje je postavio u kontekstu ručka, gdje se raspravljalo o činjenici da bi galaksija trebala biti puna života.

Pitanje je nastalo kao paradoks koji nosi njegovo ime i koji je naveden na sljedeći način:

Program SETI i Potraga za izvanzemaljskom inteligencijom

Jedan mogući odgovor na paradoks Fermi mogao bi biti taj da civilizacije o kojima razmišljamo zapravo postoje, ali ih nismo tražili.

1960. Frank Drake zajedno s drugim astronomima pokrenuo je program Traži izvanzemaljsku inteligenciju (SETI).

Ovaj program uložio je zajedničke napore s NASA-om u potrazi za znakovima izvanzemaljskog života, poput radio i mikrovalnih signala. Pitanja kako i gdje potražiti te signale dovela su do velikog napretka u mnogim granama znanosti.

Slika 8. Radioteleskop koji SETI koristi u Arecibu u Portoriku. Izvor: JidoBG, iz Wikimedia Commons

1993. Kongres SAD-a otkazao je financiranje NASA-i u tu svrhu, kao rezultat zabluda o značenju onoga što pretraga podrazumijeva. Danas se projekt SETI financira iz privatnih sredstava.

Projekt SETI pokrenuo je čak holivudske filmove, poput kontakata, glumi glumicu Jodie Foster i nadahnuo je istoimeni roman koji je napisao poznati svjetski astronom Carl Sagan.

Drakeova jednadžba

Frank Drake procijenio je broj civilizacija s komunikacijskim vještinama, koristeći izraz koji nosi njegovo ime:

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

Tamo gdje N predstavlja broj civilizacija sa sposobnošću komuniciranja sa Zemljom i izražava se funkcijom drugih varijabli kao što su:

• R *: stopa formiranja zvijezda sličnih našem suncu
• f _p: udio ovih zvjezdanih sustava s planetima
• n _e: broj planeta sličnih Zemlji po planetarnom sustavu
• f _l: udio ovih planeta u kojima se razvija život
• f _i: udio u kojem nastaje inteligencija
• f _c: udio planeta u komunikaciji
• L: „životni vijek“ ovih civilizacija.

Drake je ovu jednadžbu formulirao kao alat za "veličinu" problema, a ne kao element za izradu konkretnih procjena, jer je mnoge njegove pojmove izuzetno teško procijeniti. Međutim, postoji konsenzus da je broj koji teži bacanju velik.

Novi scenariji

Treba napomenuti da je, kada je formulirana Drakeova jednadžba, bilo vrlo malo dokaza o planetima i mjesecima izvan našeg Sunčevog sustava (egzoplaneti). Devedesetih godina prošlog stoljeća pojavili su se prvi dokazi egzoplaneta.

Slika 9. Kepler teleskop. Izvor: NASA, putem Wikimedia Commonsa

Na primjer, NASA-ova misija Kepler otkrila je 3.538 kandidata za egzoplanetu, od kojih se najmanje 1.000 nalazi u "naseljenoj zoni" promatranog sustava (udaljenost koja omogućuje postojanje tekuće vode).

Astrobiologija i istraživanje krajeva Zemlje

Jedna od zasluga astrobiologije je što je u velikoj mjeri potaknula želju za istraživanjem vlastitog planeta. To s nadom da ćemo analogno shvatiti i život u drugim sredinama.

Na primjer, istraživanje hidrotermalnih otvora na dnu oceana omogućilo nam je prvi put da promatramo život koji nije povezan s fotosintezom. Odnosno, ove su nam studije pokazale da mogu postojati sustavi u kojima život ne ovisi o sunčevoj svjetlosti, što se oduvijek smatralo neophodnim preduvjetom.

To nam omogućuje pretpostaviti moguće scenarije života na planetama na kojima se može naći tekuća voda, ali pod debelim slojevima leda, koji bi spriječili dolazak svjetlosti u organizme.

Drugi primjer je proučavanje suhih dolina Antarktika. Tamo su dobili fotosintetske bakterije koje preživljavaju zaklonjene unutar stijena (endolitičke bakterije).

U ovom slučaju stijena služi i kao potpora i kao zaštita od nepovoljnih uvjeta u mjestu. Ova je strategija također otkrivena u solnim stanovima i izvorima.

Slika 10. McMurdo suhe doline na Antarktiku, jedno od mjesta na Zemlji najsličnije Marsu. Izvor: Ministarstvo vanjskih poslova SAD-a iz Sjedinjenih Država, putem Wikimedia Commonsa

Astrobiološka perspektiva

Znanstvena potraga za izvanzemaljskim životom do sada nije bila uspješna. Ali postaje sve sofisticiraniji jer astrobiološka istraživanja daju nove uvide. Sljedeće desetljeće astrobioloških istraživanja vidjet će:

• Veći napori u istraživanju Marsa i ledenih mjeseci Jupitera i Saturna.
• Neviđena sposobnost promatranja i analiziranja ekstrasolarnih planeta.
• Veći potencijal za oblikovanje i proučavanje jednostavnijih životnih oblika u laboratoriju.

Svi ti pomaci nesumnjivo će povećati našu vjerojatnost da ćemo pronaći život na planetima sličnim Zemlji. Ali možda, izvanzemaljski život ne postoji ili je toliko raspršen po cijeloj galaksiji da ga gotovo nemamo šanse pronaći.

Iako je potonji scenarij istinit, istraživanja u astrobiologiji sve više proširuju našu perspektivu života na Zemlji i njegovog mjesta u svemiru.

Reference

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolucija kao kolektivni fenomen. Časopis za teorijsku biologiju, 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). Organska tvar sačuvana u muljevitim kamenjem starim 3 milijarde godina u krateru Gale, Mars. Znanost, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / znanost.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologija: pregled. U: Kolb, Vera (ur.). ASTROBIOLOGIJA: Evolucijski pristup CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Blizu hladno sušnih granica života mikroba u permafrostu gornje suhe doline, Antarktika. Časopis ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Neki problemi povezani s podrijetlom metana na Marsu. Ikar, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Eksperiment s biologijom na etiketiranju vikinga: privremeni 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). Pozadinske razine metana u Marsovoj atmosferi pokazuju snažne 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 vodeno-ledeni oblaci i oborine. Znanost, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / znanost.1172344