ASTROBIOLOGIA: HISTORIA, TUTKIMUSKOHDE JA MERKITYS - BIOLOGIA

Astrobiology tai exobiology on osa biologian, joka käsittelee alkuperästä, jakelusta ja dynamiikka elämän yhteydessä on molempien planeettamme, koska koko universumissa. Voimme sitten sanoa, että koska tieteellinen astrobiologia on universumille, mitä biologia on maapallolle.

Astrobiologian laajan vaikutusspektrin vuoksi muut tieteet, kuten fysiikka, kemia, tähtitiede, molekyylibiologia, biofysiikka, biokemia, kosmologia, geologia, matematiikka, tietojenkäsittely, sosiologia, antropologia, arkeologia, yhdistyvät siinä.

Kuva 1. Taiteellinen tulkinta elämän ja avaruuden tutkimuksen välisestä yhteydestä. Lähde: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologia käsittää elämän ilmiönä, joka voi olla "universaali". Se käsittelee heidän mahdollisia kontekstejaan tai skenaarioita; sen vaatimukset ja vähimmäisedellytykset; mukana olevat prosessit; sen laajat prosessit; muiden aiheiden joukossa. Se ei rajoitu älykäs elämään, vaan se tutkii kaikkia mahdollisia elämän tyyppejä.

Astrobiologian historia

Astrobiologian historia juontaa juurensa ihmiskunnan lajeista ja sen kyvystä kyseenalaistaa planeettamme kosmosta ja elämästä. Sieltä ilmenevät ensimmäiset näkemykset ja selitykset, jotka ovat edelleen läsnä monien kansojen myyteissä.

Aristotelilainen visio

Aristotelilainen visio piti aurinkoa, kuuta, muita planeettoja ja tähtiä täydellisinä palloina, jotka kiertävät meitä ja tekivät samankeskisiä ympyröitä ympärillämme.

Tämä visio muodosti maailmankaikkeuden geosentrisen mallin ja oli käsitys, joka merkitsi ihmiskuntaa keskiajalla. Kysymys "asukkaiden" olemassaolosta planeettamme ulkopuolella ei todennäköisesti voinut olla tuolloin tarkoituksenmukaista.

Kopernikalainen näkymä

Keskiajalla Nicolás Copernicus ehdotti heliokeskeistä malliaan, joka asetti maapallon yhdeksi planeetalle, joka pyörii auringon ympäri.

Tämä lähestymistapa vaikutti perusteellisesti tapaan katsoa muuhun maailmankaikkeuteen ja jopa katsoa itseämme, koska se asetti meidät paikkaan, joka ei ehkä ollut niin "erikoinen" kuin olimme ajatellut. Sitten mahdollisuus, että olemassa on muita meidän kaltaisen planeettoja ja sen mukana elämää, joka on erilainen kuin tiedämme.

Kuva 2. Copernicuksen heliosentrinen järjestelmä. Lähde: Julkinen verkkotunnus, Wikimedia Commonsin kautta

Ensimmäiset ideat maapallon ulkopuolisesta elämästä

Ranskalainen kirjailija ja filosofi Bernard le Bovier de Fontenelle ehdotti jo 1700-luvun lopulla, että elämä voisi olla olemassa muilla planeetoilla.

1800-luvun puolivälissä monet valaistumiseen liittyvistä tutkijoista kirjoittivat maan ulkopuolisesta elämästä. Jopa tuolloiset johtavat tähtitieteilijät, kuten Wright, Kant, Lambert ja Herschel, olettivat, että planeettoja, kuita ja jopa komeeteita voidaan asuttaa.

Näin 1800-luvulla alkoi akateemisten tutkijoiden, filosofien ja teologien enemmistö jakamalla usko maansa ulkopuolisen elämän olemassaoloon melkein kaikilla planeetoilla. Tätä pidettiin tuolloin vakaana oletuksena, joka perustui kasvavaan tieteelliseen ymmärrykseen kosmosta.

Aurinkokunnan taivaankappaleiden väliset ylivoimaiset erot (suhteessa niiden kemialliseen koostumukseen, ilmakehään, painovoimaan, valoon ja kuumuuteen) jätettiin huomioimatta.

Kun teleskooppien teho kasvoi ja spektroskopian myötä, tähtitieteilijät pystyivät ymmärtämään läheisten planeettojen ilmakehän kemiaa. Siten voitaisiin sulkea pois mahdollisuus, että läheisillä planeetoilla asui maa-alueisiin samanlaisia organismeja.

Tutkimuksen kohde astrobiologiassa

Astrobiologia keskittyy seuraavien peruskysymysten tutkimukseen:

Mitä on elämä?
Kuinka elämä syntyi maan päällä?
Kuinka elämä kehittyy ja kehittyy?
Onko elämää muualla maailmankaikkeudessa?
Mikä on tulevaisuuden elämä maan päällä ja muualla maailmankaikkeudessa, jos se on olemassa?

Näistä kysymyksistä syntyy monia muita kysymyksiä, jotka kaikki liittyvät astrobiologian tutkimuksen kohteeseen.

Mars mallina tutkimukselle ja avaruustutkimukselle

Punainen planeetta, Mars, on ollut viimeinen bastion hypoteeseista maan ulkopuolisesta elämästä aurinkokunnan sisällä. Ajatus elämän olemassaolosta tällä planeetalla tuli alun perin tähtitieteilijöiden havainnoista 19. vuosisadan lopulla ja 20. vuosisadan alkupuolella.

He väittivät, että Marsin pinnalla olevat merkinnät olivat tosiasiallisesti älykkäiden organismien populaation rakentamia kanavia. Näitä malleja pidetään nyt tuulen tuloksena.

Tehtävät

Mariner-avaruuskoettimet ovat esimerkkejä 1950-luvun lopulla alkaneesta avaruusajasta. Tämä aikakausi antoi mahdollisuuden visualisoida ja tutkia suoraan aurinkojärjestelmän planeetta- ja kuunpintoja; siten sulkemalla pois aurinkojärjestelmän monisoluisten ja helposti tunnistettavien maan ulkopuolisten elämänmuotojen vaatimukset.

Vuonna 1964 NASA: n Mariner 4 -operaatio lähetti ensimmäiset lähikuvat Marsin pinnasta, jotka osoittavat pohjimmiltaan autiomaata.

Myöhemmät tehtävät Marsiin ja ulkop planeettoihin mahdollistivat kuitenkin yksityiskohtaisen kuvan näistä ruumista ja heidän kuuistaan ja etenkin Marsin tapauksessa osittaisen käsityksen heidän varhaisesta historiastaan.

Eri maapallon ulkopuolella, tutkijat löysivät ympäristöjä, jotka eivät poikkea kovin paljon maapallon asutusta ympäristöstä.

Tärkein päätelmä näistä ensimmäisistä avaruusmatkoista oli spekulatiivisten oletusten korvaaminen kemiallisella ja biologisella näytöllä, joka mahdollistaa sen tutkimuksen ja analysoinnin objektiivisesti.

Onko Marsilla elämää? Tehtävä

Ensinnäkin Mariner-tehtävien tulokset tukevat hypoteesia siitä, että Marsilla ei ole elämää. Meidän on kuitenkin otettava huomioon, että makroskooppista elämää haettiin. Myöhemmät tehtävät ovat asettaneet kyseenalaiseksi mikroskooppisen elämän puuttumisen.

Kuva 3. Viking-operaation kiertorata- ja maanpäällinen koetin. Lähde: Don Davis, Wikimedia Commonsin kautta

Esimerkiksi kolmesta elämän havaitsemiseksi suunnitellusta kokeesta, jotka viikinki-operaation maa-anturi suoritti, kaksi olivat positiivisia ja yksi negatiivisia.

Tästä huolimatta suurin osa Viking-koetinkokeiluihin osallistuneista tutkijoista ovat yhtä mieltä siitä, että Marsissa ei ole todisteita bakteerien elämästä ja että tulokset ovat virallisesti epäselviä.

Kuva 4. Viking-operaation laskeutumisanturi (Lander). Lähde: NASA / JPL-Caltech / Arizonan yliopisto, Wikimedia Commonsin kautta

Missions

Viking-operaatioiden kiistanalaisten tulosten seurauksena Euroopan avaruusjärjestö (ESA) käynnisti vuonna 2003 Mars Express -operaation, joka on suunniteltu erityisesti eksobiologisiin ja geokemiallisiin tutkimuksiin.

Tämä tehtävä sisälsi koettimen nimeltä Beagle 2 (homonyymi laivalle, jolla Charles Darwin matkusti), joka oli suunniteltu etsimään elämän merkkejä Marsin matalalta pinnalta.

Tämä koetin valitettavasti menetti yhteyden Maahan eikä pystynyt suorittamaan tehtäväänsä tyydyttävästi. Samanlainen kohtalo oli NASA-koettimella "Mars Polar Lander" vuonna 1999.

Tehtävä

Näiden epäonnistuneiden yritysten jälkeen toukokuussa 2008 NASA: n Phoenix-operaatio saavutti Marsin saavuttaen poikkeukselliset tulokset vain viidessä kuukaudessa. Hänen tärkeimmät tutkimuksen tavoitteensa olivat eksobiologiset, ilmastolliset ja geologiset.

Tämä koetin pystyi osoittamaan seuraavien olemassaolon:

Lunta Marsin ilmakehässä.
Vesi jäässä muodossa tämän planeetan yläkerrosten alla.
Perusmaaperä, jonka pH on välillä 8 - 9 (ainakin laskeutumisalueella).
Nestemäinen vesi Marsin pinnalla aiemmin

Marsin etsintä jatkuu

Marsin etsintä jatkuu tänään korkean teknologian robottivälineillä. Rovers-operaatiot (MER-A ja MER-B) ovat tarjonneet vaikuttavia todisteita siitä, että Marsissa esiintyi vettä.

Esimerkiksi on löydetty todisteita makeasta vedestä, kiehuvista lähteistä, tiheästä ilmakehästä ja aktiivisesta vesisyklistä.

Kuva 5. Piirustus Rover MER-B: stä (mahdollisuus) Marsin pinnalla. Lähde: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, Wikimedia Commonsin kautta

Marsilla on saatu todisteita siitä, että jotkut kivet on muovattu nestemäisen veden läsnä ollessa, kuten Jarosiitti, havaitun MER-B (Opportunity) Roverilla, joka oli aktiivinen vuosina 2004-2018.

Rover MER-A (Curiosity) on mitannut kausivaihteluita metaanissa, joka on aina liittynyt biologiseen aktiivisuuteen (tiedot julkaistaan Science-lehdessä vuonna 2018). Hän on myös löytänyt orgaanisia molekyylejä, kuten tiofeeni, bentseeni, tolueeni, propaani ja butaani.

Kuva 6. Metaanitasojen kausivaihtelu Marsissa, mitattu Rover MER-A: lla (Curiosity). Lähde: NASA / JPL-Caltech

Marsissa oli vettä

Vaikka Marsin pinta on tällä hetkellä turmeltumaton, on olemassa selviä todisteita siitä, että kaukaisessa menneisyydessä Marsin ilmasto antoi nestemäisen veden, joka on meille tunnetun elämän tärkeä aineosa, kerääntyä pintaan.

Rover MER-A (Curiosity) -tiedot paljastavat, että miljardeja vuosia sitten Gale-kraatterissa oleva järvi sisälsi kaikki elämän kannalta välttämättömät aineosat, mukaan lukien kemialliset komponentit ja energialähteet.

Marsin meteoriitit

Jotkut tutkijat pitävät Marsin meteoriitteja hyväksi tietolähteeksi planeetasta, jopa viittaavat siihen, että siellä on luonnollisia orgaanisia molekyylejä ja jopa bakteerien mikrofossiileja. Nämä lähestymistavat ovat tieteellisen keskustelun aiheita.

Kuva 7. Mikroskooppikuva ALH84001-meteoriitin sisäisestä rakenteesta, joka näyttää bakillien kaltaisia rakenteita. Lähde: NASA, Wikimedia Commonsin kautta

Nämä Marsista tulevat meteoriitit ovat hyvin harvinaisia ja edustavat ainoita suoraan analysoitavissa olevia punaisen planeetan näytteitä.

Panspermia, meteoriitit ja komeetat

Yksi meteoriittien (ja myös komeetojen) tutkimusta suosivasta hypoteesista on kutsuttu panspermiaksi. Tämä koostuu oletuksesta, että aikaisemmin Maan siirtomaa tapahtui mikro-organismien kautta, jotka tulivat näiden meteoriittien sisään.

Nykyään on myös hypoteeseja, jotka viittaavat siihen, että maavettä tuli komeetat, jotka pommittivat planeettamme aikaisemmin. Lisäksi uskotaan, että nämä komeetat ovat saattaneet tuoda mukanaan primaalimolekyylejä, jotka mahdollistivat elämän kehittymisen tai jopa jo kehittyneen elämän niiden sisälle.

Äskettäin, syyskuussa 2017, Euroopan avaruusjärjestö (ESA) suoritti menestyksekkäästi vuonna 2004 käynnistetyn Rosseta-operaation. Tämä tehtävä koostui komeetan 67P / Churyumov-Gerasimenko etsinnästä Philae-koettimen kanssa, joka saavutti sen ja kiertänyt sen. sitten laskeutua. Tämän operaation tuloksia tutkitaan edelleen.

Astrobiologian merkitys

Fermin paradoksi

Voidaan sanoa, että alkuperäinen kysymys, joka motivoi tutkimaan aastrobiologiaa, on: Olemmeko yksin universumissa?

Pelkästään Linnunradalla on satoja miljardeja tähtijärjestelmiä. Tämä tosiasia yhdessä maailmankaikkeuden iän kanssa viittaa siihen, että elämän tulisi olla yleinen ilmiö galaksissamme.

Tästä aiheesta kuuluisa Nobelin palkinnon saaneen fyysikon Enrico Fermin esittämä kysymys: "Missä kaikki ovat?", Jonka hän kysyi lounaan yhteydessä, jossa keskusteltiin siitä, että galaksin tulisi olla täynnä elämästä.

Kysymys päätyi paradoksiin, joka kantoi hänen nimeään ja joka esitetään seuraavalla tavalla:

SETI-ohjelma ja maanalaisen tiedon etsiminen

Yksi mahdollinen vastaus Fermin paradoksiin voisi olla, että ajatellut sivilisaatiot ovat todella olemassa, mutta emme ole etsineet niitä.

Vuonna 1960 Frank Drake yhdessä muiden tähtitieteilijöiden kanssa aloitti SETI-ohjelman (Search for Extraterrestrial Intelligence).

Ohjelma on pyrkinyt yhdessä NASA: n kanssa etsimään maapallon ulkopuolisen elämän merkkejä, kuten radio- ja mikroaaltosignaaleja. Kysymykset siitä, miten ja mistä etsiä näitä signaaleja, ovat johtaneet suuriin edistysaskeliin monilla tieteen aloilla.

Kuva 8. SETI: n käyttämä radioteleskooppi Arecibossa, Puerto Ricossa. Lähde: JidoBG, Wikimedia Commonsista

Vuonna 1993 Yhdysvaltain kongressi peruutti NASA: lle osoitetun rahoituksen tätä tarkoitusta varten väärinkäsitysten seurauksena etsinnän tarkoituksista. Nykyään SETI-projekti rahoitetaan yksityisillä varoilla.

SETI-projekti on saanut aikaan jopa Hollywood-elokuvia, kuten Contact, pääosassa näyttelijä Jodie Foster ja inspiroituna maailmankuulun tähtitieteilijä Carl Saganin kirjoittamasta samannimisestä romaanista.

Draken yhtälö

Frank Drake on arvioinut kommunikaatiotaidon saaneiden sivilisaatioiden lukumäärän hänen nimensä seuraavalla lausekkeella:

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

Missä N edustaa niiden sivilisaatioiden lukumäärää, joilla on kyky kommunikoida maan kanssa, ja se ilmaistaan muiden muuttujien funktiona, kuten:

R *: aurinkoomme kaltaisten tähmien muodostumisnopeus
f _p: näiden planeettojen tähtijärjestelmien osuus
n _e: Maapallomaisten planeettojen lukumäärä planeettajärjestelmää kohti
f _l: niiden planeettojen osuus, joissa elämä kehittyy
f _i: murto, johon älykkyys syntyy
f _c: kommunikaatioyhteydessä olevien planeettojen osuus
L: näiden sivilisaatioiden "elinajanodote".

Drake muotoili tämän yhtälön välineeksi "mitoittaa" ongelmaa eikä elementtinä konkreettisten arvioiden tekemiselle, koska monia sen termejä on erittäin vaikea arvioida. On kuitenkin yksimielisyyttä siitä, että määrä, jolla se pyrkii heittämään, on suuri.

Uudet skenaariot

Meidän on huomattava, että kun Drake-yhtälö muotoiltiin, aurinkojärjestelmän ulkopuolella olevista planeetoista ja kuista (eksoplaneettoja) oli hyvin vähän todisteita. Se oli 1990-luvulla, kun ensimmäiset todisteet eksoplaneetoista ilmestyivät.

Kuva 9. Kepler-kaukoputki. Lähde: NASA, Wikimedia Commonsin kautta

Esimerkiksi NASA: n Kepler-operaatio havaitsi 3 538 eksoplaneetan ehdokasta, joista ainakin 1 000 katsotaan olevan tarkasteltavana olevan järjestelmän "asumisalueella" (etäisyys, joka sallii nestemäisen veden olemassaolon).

Astrobiologia ja maapallon päiden tutkiminen

Yksi astrobiologian ansioista on, että se on inspiroinut suuressa määrin halua tutkia omaa planeettamme. Tämä toiveena ymmärtää analogisesti elämän toiminta muissa ympäristöissä.

Esimerkiksi valtameren pohjassa olevien hydrotermisten tuuletusaukkojen tutkimus on antanut meille mahdollisuuden tarkkailla ensimmäistä kertaa elämää, joka ei liity fotosynteesiin. Eli nämä tutkimukset osoittivat meille, että voi olla järjestelmiä, joissa elämä ei riipu auringonvalosta, jota on aina pidetty välttämättömänä vaatimuksena.

Tämän avulla voimme olettaa mahdollisia elämäskenaarioita planeetoilla, joilta löytyy nestemäistä vettä, mutta paksien jääkerrosten alla, mikä estäisi valon saapumisen organismeille.

Toinen esimerkki on Etelämantereen kuivien laaksojen tutkimus. Sieltä he ovat saaneet fotosynteettisiä bakteereja, jotka selviävät kivien sisäpuolella suojassa (endolyyttiset bakteerit).

Tässä tapauksessa kallio toimii sekä tukena että suojana paikan haitallisia olosuhteita vastaan. Tämä strategia on havaittu myös suolahuoneistoissa ja kuumissa lähteissä.

Kuva 10. McMurdo kuivat laaksot Antarktissa, yhdessä maapallon paikoista, jotka muistuttavat Marsia. Lähde: Yhdysvaltain ulkoministeriö Wikimedia Commonsin kautta

Astrobiologian näkökulmat

Maan ulkopuolisen elämän tieteellinen haku on toistaiseksi epäonnistunut. Mutta siitä on tulossa hienostuneempaa, koska astrobiologinen tutkimus tuottaa uusia oivalluksia. Seuraavan vuosikymmenen astrobiologisen tutkimuksen aikana nähdään:

Enemmän ponnisteluja Marsin ja Jupiterin ja Saturnun jäisten kuiden tutkimiseen.
Ennennäkemätön kyky tarkkailla ja analysoida ekstrasolaarisia planeettoja.
Suuremmat mahdollisuudet suunnitella ja tutkia yksinkertaisempia elämämuotoja laboratoriossa.

Kaikki nämä edistykset lisäävät epäilemättä todennäköisyyttämme löytää elämää maan kaltaisilla planeetoilla. Mutta kenties maapallon ulkopuolista elämää ei ole tai se on niin hajaantunut ympäri galaksia, että meillä ei ole melkein mitään mahdollisuuksia löytää sitä.

Vaikka jälkimmäinenkin skenaario on totta, astrobiologian tutkimus laajentaa yhä enemmän näkemyksiämme elämästä maan päällä ja sen paikasta maailmankaikkeudessa.

Viitteet

Chela-Flores, J. (1985). Evoluutio kollektiivisena ilmiönä. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107 - 118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Orgaaniset aineet säilyivät 3 miljardin vuoden ikäisissä murakiveissä Galen kraatterissa, Marsissa. Science, 360 (6393), 1096 - 1101. doi: 10.1126 / tiede.aas9185
Goldman, AD (2015). Astrobiologia: yleiskatsaus. Julkaisussa: Kolb, Vera (toim.). ASTROBIOLOGIA: Evolutionary Approach CRC Press
Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Lämpökuivan kylmän kuivien rajojen lähentäminen kuivien ylälaakson, Antarktiksen ikiroutaan. ISME-lehti, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
Krasnopolsky, VA (2006). Joitakin Marsin metaanin alkuperään liittyviä ongelmia. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Viking-merkinnällä julkaistu biologinen koe: Väliaikaiset tulokset. Science, 194 (4271), 1322 - 1339. doi: 10.1126 / tiede.194.4271.1322
Ten Kate, IL (2018). Orgaaniset molekyylit Marsilla. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / tiede.aat2662
Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Metaanin taustatasot Marsin ilmakehässä osoittavat voimakkaita kausivaihteluita. Science, 360 (6393), 1093 - 1096. doi: 10.1126 / tiede.aaq0131
Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Marsin vesijääpilvet ja sademäärä. Science, 325 (5936), 68 - 70. doi: 10.1126 / tiede.1172344

ASTROBIOLOGIA: HISTORIA, TUTKIMUSKOHDE JA MERKITYS - BIOLOGIA - 2026