Jak astrobiologowie mogą znaleźć życie pozaziemskie? W życiu codziennym zwykle nie mamy problemu z powiedzeniem, że pies lub krzew róży jest żywą istotą, a kamień nie. W klimatycznej scenie filmu „Raport Europa” na pierwszy rzut oka możemy stwierdzić, że odkryte w namiocie stworzenie, które odkryło pływanie w oceanie księżyca Jowisza, Europa, żyje, jest skomplikowane i prawdopodobnie inteligentne.
Ale dopóki coś nie przepłynie, nie przejedzie lub nie prześlizgnie się obok kamer obserwującego statku kosmicznego, astrobiologowie staną przed znacznie trudniejszą pracą. Muszą opracować testy, które pozwolą im wywnioskować obecność obcego życia mikrobiologicznego na podstawie danych statku kosmicznego. Muszą być w stanie rozpoznać kopalne ślady przeszłego życia obcych. Muszą być w stanie ustalić, czy atmosfera odległych planet krążących wokół innych gwiazd zawiera charakterystyczne ślady nieznanych form życia. Potrzebują sposobów wnioskowania o obecności życia na podstawie wiedzy o jego właściwościach. Definicja życia mówi im, jakie są te właściwości i jak ich szukać. Jest to pierwsza z dwóch części serii poświęconej wpływowi naszej koncepcji życia na poszukiwanie życia pozaziemskiego.
Co wyróżnia żywe stworzenia? Przez wieki filozofowie i naukowcy szukali odpowiedzi. Filozof Arystoteles (384–322 pne) poświęcił wiele wysiłku na sekcję zwierząt i badanie żywych istot. Podejrzewał, że mają szczególne zdolności szczególne, które odróżniają je od rzeczy, które nie są żywe. Zainspirowany mechanicznymi wynalazkami swoich czasów renesansowy filozof Rene Descartes (1596–1650) wierzył, że żywe istoty są jak maszyny zegarowe, a ich szczególne zdolności wynikają ze sposobu organizacji ich części.
W 1944 r. Napisał fizyk Erwin Schrödinger (1887–1961) Czym jest życie? Zaproponował w nim, że podstawowe zjawiska życia, w tym nawet to, jak rodzice przekazują swoje cechy potomstwu, można zrozumieć, badając fizykę i chemię żywych istot. Książka Schrödingera była inspiracją do nauki o biologii molekularnej.
Organizmy żywe składają się z dużych, skomplikowanych cząsteczek ze szkieletami połączonych atomów węgla. Biolodzy molekularni byli w stanie wyjaśnić wiele funkcji życia w kategoriach tych cząsteczek organicznych i reakcji chemicznych, które zachodzą po rozpuszczeniu w ciekłej wodzie. W 1955 roku James Watson i Francis Crick odkryli strukturę kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) i pokazali, jak może to być magazyn dziedzicznej informacji przekazywanej z rodzica na potomstwo.
Chociaż wszystkie te badania i teoretyki znacznie zwiększyły nasze rozumienie życia, nie stworzyło ono zadowalającej definicji życia; definicja, która pozwoliłaby nam wiarygodnie odróżnić rzeczy żywe od rzeczy, które nie są. W 2012 roku filozof Edouard Mahery argumentował, że opracowanie jednej definicji życia jest zarówno niemożliwe, jak i bezcelowe. Astrobiologowie radzą sobie najlepiej, jak potrafią, z częściowymi definicjami i wyjątkami. Ich poszukiwania są uwarunkowane naszą wiedzą o specyficznych cechach życia na Ziemi; jedyne życie, jakie obecnie znamy.
Tutaj, na Ziemi, żywe stworzenia wyróżniają się składem chemicznym. Oprócz węgla pierwiastki wodoru, azotu, tlenu, fosforu i siarki są szczególnie ważne dla dużych cząsteczek organicznych, które tworzą życie na Ziemi. Woda jest niezbędnym rozpuszczalnikiem. Ponieważ nie wiemy na pewno, co jeszcze może być możliwe, poszukiwanie życia pozaziemskiego zwykle zakłada, że jego skład chemiczny będzie podobny do życia na Ziemi.
Korzystając z tego założenia, astrobiologowie nadają wysoki priorytet poszukiwaniu wody na innych ciałach niebieskich. Dowody ze statków kosmicznych udowodniły, że Mars miał kiedyś na swojej powierzchni zbiorniki z ciekłą wodą. Określenie historii i zasięgu tej wody jest głównym celem eksploracji Marsa. Astrobiologowie są podekscytowani dowodami na obecność podpowierzchniowych oceanów wody na księżycu Jowisza Europa, księżycu Saturna Enceladusie i być może na innych księżycach lub planetach karłowatych. Ale chociaż obecność ciekłej wody implikuje warunki odpowiednie dla życia podobnego do Ziemi, nie dowodzi ona, że takie życie istnieje lub kiedykolwiek istniało.
Organiczne substancje chemiczne są niezbędne do życia podobnego do Ziemi, ale, podobnie jak woda, ich obecność nie dowodzi istnienia życia, ponieważ materiały organiczne mogą być również tworzone w procesach niebiologicznych. W 1976 r. Dwa lądowniki wikingów NASA były pierwszymi statkami kosmicznymi, które dokonały pełnych sukcesów lądowań na Marsie. Nosili instrument; zwany chromatografem gazowym i spektrometrem masowym, który badał glebę pod kątem cząsteczek organicznych.
Nawet bez życia naukowcy spodziewali się znaleźć materiały organiczne w glebie marsjańskiej. Materiały organiczne powstałe w wyniku procesów niebiologicznych znajdują się w meteorytach węglowych, a niektóre z nich powinny spaść na Marsa. Byli zaskoczeni, że nic nie znaleźli. W tym czasie niemożność znalezienia cząsteczek organicznych była uważana za poważny cios dla możliwości życia na Marsie.
W 2008 roku lądownik Phoenix NASA odkrył wyjaśnienie, dlaczego Viking nie wykrył cząsteczek organicznych. Jeśli stwierdzono, że marsjańska gleba zawiera nadchlorany. Zawierające tlen i chlor nadchlorany są utleniaczami, które mogą rozkładać materiał organiczny. Podczas gdy nadchlorany i cząsteczki organiczne mogą współistnieć w glebie marsjańskiej, naukowcy ustalili, że podgrzanie gleby do analizy Vikinga spowodowałoby, że nadchlorany zniszczyłyby wszelkie zawarte w niej materiały organiczne. W końcu marsjańska gleba może zawierać materiały organiczne.
Na konferencji prasowej w grudniu 2014 r. NASA ogłosiła, że instrument znajdujący się na pokładzie łazika Curiosity Mars po raz pierwszy wykrył proste molekuły organiczne na Marsie. Naukowcy uważają, że możliwe jest, że wykryte cząsteczki mogą być produktami rozpadu bardziej złożonych cząsteczek organicznych, które zostały rozbite przez nadchlorany podczas procesu analizy.
Chemiczny skład ziemskiego życia kierował także poszukiwaniem śladów życia w marsjańskich meteorytach. W 1996 r. Zespół śledczych prowadzony przez Davida McKaya z Johnson Space Center w Houston zgłosił dowody, że meteoryt marsjański znaleziony w Alan Hills na Antarktydzie w 1984 r. Zawierał chemiczne i fizyczne dowody istnienia marsjańskiego życia.
Od tego czasu pojawiły się podobne twierdzenia o innych marsjańskich meteorytach. Zaproponowano jednak niebiologiczne wyjaśnienia wielu odkryć, a cały temat był zamieszany w kontrowersje. Meteoryty jak dotąd nie dostarczyły dowodów niezbędnych do udowodnienia istnienia życia pozaziemskiego ponad uzasadnioną wątpliwość.
Po Arystotelesie większość naukowców woli definiować życie raczej pod względem jego zdolności niż składu. W drugiej części zbadamy, w jaki sposób nasze rozumienie zdolności życiowych wpłynęło na poszukiwanie życia pozaziemskiego.
Referencje i dalsza lektura:
N. Atkinson (2009) Perchlorany i woda tworzą potencjalne środowisko życia na Marsie, Space Magazine.
S. A. Benner (2010), Defining life, Astrobiologia, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Dlaczego przestałem się martwić definicją życia… i dlaczego również powinieneś, Synteza, 185:145-164.
L. J. Mix (2015), Defending definitions of life, Astrobiologia, 15 (1) opublikowane online przed publikacją.
T. Reyes (2014) NASA Curiosity Rover wykrywa metan, substancje organiczne na Marsie, magazyn Space.
S. Tirard, M. Morange i A. Lazcano, (2010), Definicja życia: krótka historia nieuchwytnego przedsięwzięcia naukowego, Astrobiologia, 10(10):1003-1009.
Czy lądowniki Viking Mars znalazły podstawowe elementy życia? Brakujący element inspiruje nowe spojrzenie na układankę. Science Daily Featured Research 5 września 2010 r
Łazik NASA znajduje na Marsie aktywną i starożytną chemię organiczną, Jet Propulsion laboratory, California Institute of Technology, News, 16 grudnia 2014.
Europa: Składniki na życie ?, National Aeronautics and Space Administration.
