Filme „Avataras“ iš pirmo žvilgsnio galėjome pasakyti, kad ateivių mėnulis Pandora kankino svetimo gyvenimo. Viename grame dirvožemio yra 50 milijonų bakterijų, o visame pasaulyje bakterijų biomasė viršija visų augalų ir gyvūnų biomasę. Mikrobai gali augti ekstremalioje temperatūros, druskingumo, rūgštingumo, radiacijos ir slėgio aplinkoje. Labiausiai tikėtina forma, kuria susidursime su savo saulės sistemos gyvenimu kitur, yra mikrobai.
Astrobiologams reikia strategijų, leidžiančių nustatyti svetimą mikrobų gyvybę ar jos suakmenėjusias liekanas. Jiems reikia strategijų, leidžiančių daryti išvadą apie svetimą gyvybę tolimose kitų žvaigždžių planetose, kurios yra per toli, kad artimiausioje ateityje galėtų ištyrinėti jas su kosminiais laivais. Norėdami tai padaryti, jie trokšta gyvenimo apibrėžimo, kuris leistų patikimai atskirti gyvenimą nuo negyvenimo.
Deja, kaip pamatėme per pirmąją šios serijos dalį, nepaisant milžiniškų žinių apie gyvus dalykus augimo, filosofai ir mokslininkai nesugebėjo pateikti tokio apibrėžimo. Astrobiologai kiek įmanoma geriau susitvarko su daliniais apibrėžimais ir su išimtimis. Jų paieškos yra nukreiptos į gyvybės Žemėje, vienintelės gyvybės, kurią mes žinome, ypatybes.
Pirmoje laidoje pamatėme, kaip antžeminio gyvenimo kompozicija daro įtaką nežemiško gyvenimo paieškoms. Astrobiologai ieško aplinkos, kurioje kadaise buvo skysto vandens arba kurioje yra skysto vandens ir kurioje yra sudėtingų molekulių, pagrįstų anglimi. Tačiau daugelis mokslininkų mano, kad esminiai gyvenimo bruožai yra susiję su jo, o ne savo sudėtimi, galimybėmis.
1994 m. NASA komitetas, remdamasis Carlo Sagano pasiūlymu, apibrėžė gyvybę kaip „save palaikančią cheminę sistemą, galinčią vystytis darvinizmo evoliucijai“. Šis apibrėžimas apima dvi savybes, metabolizmą ir evoliuciją, kurios paprastai minimos gyvenimo apibrėžimuose.
Metabolizmas yra cheminių procesų visuma, kurios metu gyvi daiktai aktyviai naudoja energiją, kad išlaikytų save, augtų ir vystytųsi. Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį, sistema, nesąveikaujanti su savo išorine aplinka, laikui bėgant taps neorganizuota ir vienoda. Gyvi daiktai sukuria ir palaiko savo neįtikėtiną, labai organizuotą būseną, nes jie pasitelkia energijos šaltinius savo išorinėje aplinkoje, kad paskatintų medžiagų apykaitą.
Augalai ir kai kurios bakterijos naudoja saulės spindulių energiją didesnėms organinėms molekulėms gaminti iš paprastesnių subvienetų. Šios molekulės kaupia cheminę energiją, kuri vėliau gali būti išgauta vykdant kitas chemines reakcijas, siekiant pagreitinti jų metabolizmą. Gyvūnai ir kai kurios bakterijos augalus ar kitus gyvūnus vartoja kaip maistą. Jie suskaido sudėtines organines molekules maiste į paprastesnes, kad išgautų kauptą jų cheminę energiją. Kai kurios bakterijos gali naudoti cheminių medžiagų, gautų iš negyvų šaltinių, energiją chemosintezės procese.
2014 m. Straipsnyje Astrobiologija, Harvardo evoliucijos biologas Lucas John'as Mix'as metabolinį gyvenimo apibrėžimą vadino Haldano gyvenimas po pionieriaus fiziologo J. B. S. Haldane'o. Haldanos gyvenimo apibrėžimas turi savo problemų. Tornadai ir sūkuriai, tokie kaip „Jupiterio didžioji raudonoji dėmė“, naudoja aplinkos energiją, kad išlaikytų tvarkingą jų struktūrą, tačiau nėra gyvi. Ugnis naudoja savo aplinkos energiją, kad galėtų išsilaikyti ir augti, tačiau taip pat nėra gyva.
Nepaisant jo trūkumų, astrobiologai naudojo Haldane apibrėžimą eksperimentams kurti. „Vikingo Marso“ nusileidėjai bandė iki šiol vienintelį bandymą tiesiogiai nustatyti nežemišką gyvybę, nustatydami tariamą Marso mikrobų metabolinį aktyvumą. Jie padarė prielaidą, kad Marso metabolizmas yra chemiškai panašus į jo antžeminį.
Vieno eksperimento metu buvo siekiama nustatyti maistinių medžiagų skaidymą į paprastesnes molekules, kad būtų galima išgauti jų energiją. Antrosios dalies tikslas buvo aptikti deguonį kaip fotosintezės atliekas. Trečiasis bandė parodyti sudėtingų organinių molekulių gamybą iš paprastesnių subvienetų, tai taip pat vyksta fotosintezės metu. Atrodė, kad visi trys eksperimentai davė teigiamų rezultatų, tačiau daugelis tyrinėtojų mano, kad išsamius atradimus galima paaiškinti be biologijos dirvožemyje esančiais cheminiais oksidatoriais.
Kai kurie „Vikingo“ rezultatai iki šiol yra prieštaringi. Tuo metu daugelis tyrinėtojų manė, kad nepavykus rasti organinių medžiagų Marso dirvožemyje, buvo biologinis metabolinių rezultatų aiškinimas. Naujausias atradimas, kad Marso dirvožemyje iš tikrųjų yra organinių molekulių, kurias galėjo sunaikinti perchloratai atlikdami vikingų analizę, ir kad Marso paviršiuje kadaise buvo gausu skysto vandens, suteikia naują patikimumą teiginiui, kad „Viking“ iš tikrųjų pavyko aptikti gyvenimas. Tačiau patys savaime „Vikingo“ rezultatai neįrodė, kad gyvybė egzistuoja Marse, ir to neatmetė.
Gyvenimo metabolinė veikla taip pat gali palikti įtaką planetų atmosferos sudėčiai. 2003 m. Europos Mars Express erdvėlaivis aptiko metano pėdsakų Marso atmosferoje. 2014 m. Gruodžio mėn. NASA mokslininkų komanda pranešė, kad „Curiosity Mars“ maršrutizatorius patvirtino šį radinį aptikdamas atmosferos metaną iš Marso paviršiaus.
Didžiąją dalį žemės atmosferoje esančio metano išskiria gyvieji organizmai arba jų liekanos. Įprastos požeminių bakterijų ekosistemos, kurios kaip energijos šaltinį naudoja chemosintezę, sukuria metaną kaip metabolinį atliekų produktą. Deja, taip pat yra nebiologinių geocheminių procesų, galinčių gaminti metaną. Taigi dar kartą Marso metanas yra žlugdančiai dviprasmiškas kaip gyvybės ženklas.
Artimiausiu metu ateinančios planetos, skriejančios aplink kitas žvaigždes, yra per toli, kad jas būtų galima aplankyti su kosminiais laivais. Astrobiologai vis dar tikisi naudoti Haldane apibrėžimą ieškodami gyvybės. Artimiausiu metu naudodami kosminius teleskopus, astronomai tikisi sužinoti šių planetų atmosferos sudėtį analizuodami jų atmosferų atspindėtų ar perduodamų šviesos bangų ilgių spektrą. Džeimso Webbo kosminis teleskopas, kurį planuojama išleisti 2018 m., Bus pirmasis naudingas šiame projekte. Astrobiologai nori ieškoti atmosferos biomarkerių; dujos, kurios yra gyvų organizmų metabolinės atliekos.
Dar kartą šis ieškojimas remiasi vieninteliu šiuo metu egzistuojančiu gyvybės nešančios planetos pavyzdžiu; Žemė. Apie 21% mūsų namų planetos atmosferos yra deguonis. Tai stebina, nes deguonis yra labai reaktyvios dujos, linkusios į cheminius junginius su kitomis medžiagomis. Laisvas deguonis turėtų greitai išgaruoti iš mūsų oro. Tai išlieka, nes nuostolius nuolat keičia augalai ir bakterijos, kurie jį išskiria kaip metabolinės atliekos fotosintezės metu.
Žemės atmosferoje yra metano pėdsakų dėl chemosintetinių bakterijų. Kadangi metanas ir deguonis reaguoja vienas su kitu, nė vienas iš jų ilgai neišsilaikytų, nebent gyvieji organizmai nuolat papildytų atsargas. Žemės atmosferoje taip pat yra pėdsakų kitų dujų, kurios yra metaboliniai šalutiniai produktai.
Apskritai, gyvi daiktai naudoja energiją, kad palaikytų Žemės atmosferą būsenoje, esančioje toli nuo termodinaminės pusiausvyros, kurią ji pasiektų be gyvybės. Astrobiologai įtaria bet kurią planetą, kurios atmosfera yra panaši į gyvybės prigimtį. Tačiau, kaip ir kitais atvejais, būtų sunku visiškai atmesti nebiologines galimybes.
Be metabolizmo, NASA komitetas evoliuciją įvardijo kaip pagrindinį gyvų daiktų sugebėjimą. Kad įvyktų evoliucijos procesas, turi būti grupė sistemų, kuriose kiekviena gali patikimai atsinaujinti. Nepaisant bendro atgaminimo patikimumo, dauginimosi procese taip pat turi būti atsitiktinio kopijavimo klaidų, kad sistemos turėtų skirtingus bruožus. Galiausiai sistemos turi skirtis pagal savo sugebėjimą išgyventi ir daugintis, remdamosi jų išskirtinių bruožų nauda ar įsipareigojimais jų aplinkoje. Kartojant šį procesą kartoms, sistemų bruožai bus geriau pritaikomi jų aplinkoje. Labai sudėtingi bruožai kartais gali išsivystyti laipsniškai.
Mišinys pavadino tai Darvino gyvenimas apibrėžimas, po XIX amžiaus gamtininko Charleso Darwino, kuris suformulavo evoliucijos teoriją. Kaip ir Haldane apibrėžimas, Darvino gyvenimo apibrėžimas turi svarbių trūkumų. Jam sunku įtraukti viską, ką galime pamanyti kaip gyvą. Pavyzdžiui, mulai negali daugintis, todėl pagal šį apibrėžimą jie nėra laikomi gyvais.
Nepaisant tokių trūkumų, Darvino gyvenimo apibrėžimas yra kritiškai svarbus tiek mokslininkams, tiriantiems gyvybės kilmę, tiek astrobiologams. Šiuolaikinė Darvino teorijos versija gali paaiškinti, kaip įvairios ir sudėtingos gyvenimo formos gali išsivystyti iš kažkokios pradinės paprastos formos. Gyvenimo kilmės teorija reikalinga paaiškinti, kaip pirminė paprasta forma įgijo gebėjimą vystytis.
Cheminės sistemos ar gyvybės formos, rastos kitose mūsų saulės sistemos planetose ar mėnuliuose, gali būti tokios paprastos, kad jos yra arti ribos tarp gyvybės ir negyvybės, kurią nustato Darvino apibrėžimas. Šis apibrėžimas gali pasirodyti gyvybiškai svarbus astrobiologams, bandantiems nuspręsti, ar jų nustatyta cheminė sistema iš tikrųjų gali būti laikoma gyvybės forma. Biologai vis dar nežino, kaip atsirado gyvybė. Jei astrobiologai gali rasti sistemas netoli Darvino ribos, jų išvados gali būti nepaprastai svarbios norint suprasti gyvybės kilmę.
Ar astrobiologai gali naudoti Darvino apibrėžimą ieškodami ir tyrinėdami nežemišką gyvenimą? Vargu ar vizituojantis erdvėlaivis galėtų aptikti patį evoliucijos procesą. Tačiau tai gali padėti aptikti molekulines struktūras, kurių reikia gyviesiems organizmams, norint dalyvauti evoliucijos procese. Filosofas Markas Bedau pasiūlė, kad minimalią sistemą, galinčią išgyventi evoliuciją, turėtų atlikti trys dalykai: 1) cheminis medžiagų apykaitos procesas, 2) indas, kaip ląstelių membrana, kad nustatytų sistemos ribas, ir 3) cheminė medžiaga „Programa“, galinti nukreipti metabolinę veiklą.
Čia, Žemėje, chemijos programa pagrįsta genetinės molekulės DNR. Daugelis gyvybės kilmės teoretikų mano, kad ankstyviausių sausumos gyvybės formų genetinė molekulė galėjo būti paprastesnių ribonukleino rūgščių (RNR) molekulė. Genetinė programa yra svarbi evoliucijos procesui, nes ji daro reprodukcinio kopijavimo procesą stabilų ir tik retkarčiais padaro klaidų.
Tiek DNR, tiek RNR yra biopolimerai; ilgos grandininės molekulės su daugybe pasikartojančių subvienetų. Specifinė šių molekulių nukleotidų bazinių subvienetų seka užkoduoja jų nešamą genetinę informaciją. Kad molekulė galėtų užkoduoti visas įmanomas genetinės informacijos sekas, turi būti įmanoma, kad subvienetai atsirastų bet kokia tvarka.
Skaičiavimų genomikos tyrinėtojas Stevenas Benneris mano, kad galbūt galime sukurti erdvėlaivių eksperimentus svetimų genetinių biopolimerų aptikimui. Jis pažymi, kad DNR ir RNR yra labai neįprasti biopolimerai, nes pakeitus jų subvienetų seką, nepakinta jų cheminės savybės. Būtent ši neįprasta savybė leidžia šioms molekulėms būti stabiliais bet kurios galimo genetinio kodo sekos nešiotojais.
DNR ir RNR yra polioelektrolitai; molekulės su reguliariai besikartojančiomis neigiamo elektrinio krūvio sritimis. Benneris mano, kad būtent tai lemia jų puikų stabilumą. Jis mano, kad bet koks svetimas genetinis biopolimeras taip pat turėtų būti polioelektrolitas ir kad galėtų būti sukurti cheminiai bandymai, pagal kuriuos erdvėlaivis galėtų aptikti tokias polioelektrolitų molekules. Surasti svetimą DNR atitikmenį yra labai įdomi perspektyva ir dar vienas gabalas dėl svetimo gyvenimo identifikavimo dėlionės.
1996 m. Prezidentas Clintonas dramatiškai paskelbė apie galimą gyvybės atradimą Marse. Clintono kalbą motyvavo Davido McKay komandos išvados su Alan Hills meteoritu. Tiesą sakant, McKay atradimai pasirodė tik vienas gabalas dėl didesnio galimo Marso gyvenimo dėlionės. Jei ateivis kažkada nepraeina pro mūsų laukimo kameras, mažai tikėtina, kad nežemiškos gyvybės egzistavimo klausimas bus išspręstas atliekant vieną eksperimentą ar staigų dramatišką proveržį. Filosofai ir mokslininkai neturi vienintelio patikimo gyvenimo apibrėžimo. Todėl astrobiologai neturi vieno patikimo bandymo, kuris išspręstų problemą. Jei Marse ar kitoje Saulės sistemos dalyje egzistuoja paprastos gyvybės formos, dabar panašu, kad šis faktas paaiškės palaipsniui, remiantis daugybe susiliejančių įrodymų. Mes tikrai nežinosime, ko ieškome, kol nerasime.
Nuorodos ir tolesnis skaitymas:
P. Andersonas (2011) Ar smalsumas galėtų nustatyti, ar „Vikingas“ rado gyvybę ant Marso ?, Žurnalas „Kosmosas“.
S. K. Atreya, P. R. Mahaffy, A-S. Wong, (2007), Metanas ir su juo susijusios pėdsakų rūšys Marse: kilmė, praradimas, padariniai gyvybei ir pritaikomumas, Planetų ir kosmoso mokslas, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), Aristotelio pasakojimas apie minimalų cheminį gyvenimą, Astrobiologija, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Apibrėždamas gyvenimą, Astrobiologija, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Kodėl aš nustojau jaudintis dėl gyvenimo apibrėžimo ... ir kodėl jūs taip pat turėtumėte, Sintezė, 185:145-164.
G. M. Marionas, C. H. Fritsenas, H. Eickenas, M. C. Payne, (2003) Gyvenimo paieška Europoje: Aplinkos veiksnių, galimų buveinių ir Žemės analogų ribojimas. Astrobiologija 3(4):785-811.
L. J. Mix (2015), ginantis gyvenimo apibrėžimus, Astrobiologija, 15 (1) paskelbtas internetu prieš paskelbiant.
P. E. Pattonas (2014). Sumišimo mėnuliai: Kodėl nežemišką gyvenimą gali būti sunkiau, nei mes galvojome, žurnalas „Space“.
T. Reyesas (2014 m.) NASA „Curiosity Rover“ aptinka metaną, „Organics on Mars“, „Space Magazine“.
S. Seegeris, M. Schrenkas ir W. Bainsas (2012), astrofizinis vaizdas iš žemėje esančių biosignacijų dujų. Astrobiologija, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange ir A. Lazcano, (2010), Gyvenimo apibrėžimas: Trumpa sunkiai pasiekiamų mokslo pastangų istorija, Astrobiologija, 10(10):1003-1009.
C. Websteriui ir daugeliui kitų MSL mokslo grupės narių (2014 m.) Marso metano aptikimas ir kintamumas Gale krateryje, Mokslas, Mokslas išreiškia ankstyvą turinį.
Ar „Vikingo Marso“ nusileidėjai rado gyvenimo pagrindą? Dingęs kūrinys įkvepia naujai pažvelgti į dėlionę. „Science Daily“ siūlomi moksliniai tyrimai 2010 m. Rugsėjo 5 d
NASA roveris randa aktyvią ir senovinę organinę chemiją „Mars“, „Jet Propulsion“ laboratorijoje, Kalifornijos technologijos institute, „News“, 2014 m. Gruodžio 16 d.
