ASTROBIOLOGIJA: ISTORIJA, TYRIMO OBJEKTAS IR SVARBA - BIOLOGIJA - 2025

Astrobiologija arba exobiology yra biologijos šaka, nagrinėjanti kilmę, paskirstymo ir dinamikos gyvenimo konteksto ir tiek mūsų planetos, nes visą visatą. Tada galėtume pasakyti, kad mokslo astrobiologija yra visata, kokia biologija yra Žemės planeta.

Dėl plataus astrobiologijos veikimo spektro, joje susilieja kiti mokslai, tokie kaip: fizika, chemija, astronomija, molekulinė biologija, biofizika, biochemija, kosmologija, geologija, matematika, skaičiavimas, sociologija, antropologija, archeologija ir kt.

1 paveikslas. Meninis ryšio tarp gyvenimo ir kosmoso tyrinėjimas. Šaltinis: NASA / „Cheryse Triano“

Astrobiologija gyvenimą supranta kaip reiškinį, kuris gali būti „universalus“. Čia aptariami galimi jų kontekstai ar scenarijai; jos reikalavimus ir būtiniausias sąlygas; dalyvaujantys procesai; jos ekspansyvūs procesai; be kitų temų. Tai neapsiriboja intelektualiu gyvenimu, bet tiria visus įmanomus gyvenimo tipus.

Atrobiologijos istorija

Atrobiologijos istorija galbūt siekia žmonijos, kaip rūšies, pradžią ir jos sugebėjimą kvestionuoti save apie kosmosą ir gyvenimą mūsų planetoje. Iš to išplaukia pirmosios vizijos ir paaiškinimai, kurie vis dar yra šių dienų mituose.

Aristotelio vizija

Aristotelio vizija Saulę, Mėnulį, likusias planetas ir žvaigždes laikė tobulomis sferomis, kurios orbitavo aplink mus, sudarydamos koncentrinius apskritimus aplink mus.

Ši vizija sudarė geocentrinį visatos modelį ir buvo idėja, kuri viduramžiais paženklino žmoniją. Tikriausiai tuo metu negalėjo turėti prasmės klausimas apie „gyventojų“ egzistavimą už mūsų planetos ribų.

Koperniko vaizdas

Viduramžiais Nicolás Kopernikas pasiūlė savo heliocentrinį modelį, pagal kurį Žemė buvo išdėstyta kaip dar viena planeta, besisukanti aplink saulę.

Šis požiūris padarė didelę įtaką tam, kaip mes žiūrime į likusią visatą ir net žiūrime į save, nes tai padėjo mums vietą, kuri galbūt nebuvo tokia „ypatinga“, kaip mes manėme. Tuomet yra galimybė egzistuoti ir kitoms panašioms į mūsų, ir kartu su jomis, kitoms, nei mums žinomoms, planetoms.

2 paveikslas. Heliocentrinė Koperniko sistema. Šaltinis: viešoji nuosavybė per „Wikimedia Commons“

Pirmosios nežemiško gyvenimo idėjos

Prancūzų rašytojas ir filosofas Bernardas le Bovier de Fontenelle XVII amžiaus pabaigoje jau pasiūlė, kad gyvybė galėtų egzistuoti kitose planetose.

XVIII amžiaus viduryje daugelis mokslininkų, susijusių su Apšvietimu, rašė apie nežemišką gyvenimą. Net svarbiausi to meto astronomai, tokie kaip Wrightas, Kantas, Lambertas ir Herschelis, darė prielaidą, kad gali būti apgyvendintos planetos, mėnuliai ir net kometos.

Taip prasidėjo devynioliktas amžius, kai dauguma akademinių mokslininkų, filosofų ir teologų dalijosi tikėjimu apie nežemiškos gyvybės egzistavimą beveik visose planetose. Tuo metu tai buvo laikoma pagrįsta prielaida, paremta vis stipresniu moksliniu kosmoso supratimu.

Buvo ignoruojami didžiuliai Saulės sistemos dangaus kūnų skirtumai (dėl jų cheminės sudėties, atmosferos, sunkio jėgos, šviesos ir šilumos).

Tačiau padidėjus teleskopų galiai ir atsiradus spektroskopijai, astronomai sugebėjo suprasti artimiausių planetų atmosferų chemiją. Taigi galima atmesti galimybę, kad netoliese esančiose planetose gyveno organizmai, panašūs į sausumos.

Atrobiologijos tyrimo objektas

Astrobiologijoje pagrindinis dėmesys skiriamas šių pagrindinių klausimų tyrimui:

• Kas yra gyvenimas?
• Kaip Žemėje atsirado gyvybė?
• Kaip vystosi ir vystosi gyvenimas?
• Ar yra gyvybės kitur visatoje?
• Kokia yra gyvenimo Žemėje ir kitur visatoje ateitis, jei ji egzistuoja?

Dėl šių klausimų kyla daug kitų klausimų, visų susijusių su astrobiologijos tyrimo objektu.

Marsas kaip studijų ir kosminių tyrinėjimų modelis

Raudonoji planeta Marsas buvo paskutinis nežemiškos gyvybės Saulės sistemos hipotezių bastionas. Gyvenimo šioje planetoje egzistavimo idėja iš pradžių kilo iš astronomų stebėjimų, padarytų XIX a. Pabaigoje ir XX a. Pradžioje.

Jie teigė, kad Marso paviršiaus žymės iš tikrųjų buvo kanalai, kuriuos sukūrė protingų organizmų populiacija. Šie modeliai dabar laikomi vėjo gaminiu.

Misijos

„Mariner“ kosminiai zondai yra kosminio amžiaus, kuris prasidėjo 1950 m. Pabaigoje, pavyzdys. Ši era leido tiesiogiai vizualizuoti ir ištirti Saulės sistemos planetų ir mėnulio paviršius; tokiu būdu atmetami teiginiai apie daugialąstelines ir lengvai atpažįstamas nežemiškas gyvybės formas Saulės sistemoje.

1964 m. NASA misija „Mariner 4“ atsiuntė pirmąsias nuotraukas iš Marso paviršiaus, kuriose matyti iš esmės dykumos planeta.

Tačiau vėlesnės misijos į Marsą ir išorines planetas leido susidaryti išsamų vaizdą apie tuos kūnus ir jų mėnulius bei, ypač Marso atveju, iš dalies suprasti jų ankstyvą istoriją.

Įvairiose nežemiškose vietose mokslininkai nustatė aplinką, kuri labai nesiskyrė nuo Žemėje gyvenamos aplinkos.

Svarbiausia šių pirmųjų kosminių misijų išvada buvo spekuliacinių prielaidų pakeitimas cheminiais ir biologiniais įrodymais, leidžiančiais ją objektyviai ištirti ir išanalizuoti.

Ar yra gyvenimas Marse? Misija

Visų pirma, jūrininkų misijų rezultatai patvirtina hipotezę apie gyvybės neegzistavimą Marse. Tačiau turime atsižvelgti į tai, kad buvo siekiama makroskopinio gyvenimo. Vėlesnės misijos sukėlė abejonių, ar nėra mikroskopinio gyvenimo.

3 pav. „Vikingo“ misijos orbitinis ir antžeminis zondas. Šaltinis: Don Davis, per „Wikimedia Commons“

Pavyzdžiui, iš trijų eksperimentų, skirtų gyvybės nustatymui, atliktam „Viking“ misijos antžeminio zondo, du buvo teigiami, o vienas neigiamas.

Nepaisant to, dauguma mokslininkų, dalyvavusių zondo „Viking“ eksperimentuose, sutinka, kad nėra įrodymų apie bakterijų gyvybę Marse, o rezultatai oficialiai neabejotini.

4 pav. „Viking“ misijos tūpimo zondas (Lander). Šaltinis: NASA / JPL-Caltech / Arizonos universitetas, per „Wikimedia Commons“

Misijos

Atsižvelgdama į prieštaringai vertinamus „Vikingo“ misijų rezultatus, Europos kosmoso agentūra (ESA) 2003 m. Pradėjo „Mars Express“ misiją, specialiai skirtą eksobiologiniams ir geocheminiams tyrimams.

Į šią misiją buvo įtrauktas zondas, vadinamas Beagle 2 (laivo, kuriuo plaukė Charlesas Darwinas, homonimu), skirtas ieškoti gyvybės ženklų sekliame Marso paviršiuje.

Deja, šis zondas prarado ryšį su Žeme ir negalėjo tinkamai atlikti savo misijos. Panašus likimas turėjo NASA zondo „Mars Polar Lander“ 1999 m.

Misija

Po šių nesėkmingų bandymų 2008 m. Gegužę NASA „Phoenix“ misija pasiekė Marsą ir tik po 5 mėnesių pasiekė nepaprastų rezultatų. Pagrindiniai jo tyrimų tikslai buvo eksobiologiniai, klimatiniai ir geologiniai.

Šis zondas galėjo parodyti:

• Sniegas Marso atmosferoje.
• Vanduo ledo pavidalu po viršutiniais šios planetos sluoksniais.
• Pagrindiniai dirvožemiai, kurių pH yra nuo 8 iki 9 (bent jau arti žemėjimo vietos).
• Skystas vanduo Marso paviršiuje praeityje

Marso tyrinėjimai tęsiami

Šiandien Marso tyrinėjimai tęsiami naudojant aukštųjų technologijų robotus. „Rovers“ misijos (MER-A ir MER-B) pateikė įspūdingų įrodymų, kad Marsas veikė vandenyje.

Pavyzdžiui, rasta gėlo vandens, verdančių šaltinių, tankios atmosferos ir aktyvaus vandens ciklo įrodymų.

5 paveikslas. Roverio MER-B (galimybė) brėžinys Marso paviršiuje. Šaltinis: NASA / JPL / Kornelio universitetas, „Maas Digital LLC“, per „Wikimedia Commons“

Marse buvo gauta įrodymų, kad kai kurios uolienos buvo suformuotos esant skystam vandeniui, pavyzdžiui, Jarosite, aptiktas MER-B (Opportunity) „Rover“, kuris veikė nuo 2004 iki 2018 m.

„Rover MER-A“ („Curiosity“) išmatavo metano sezoninius svyravimus, kurie visada buvo susiję su biologiniu aktyvumu (duomenys paskelbti 2018 m. Žurnale „Science“). Jis taip pat rado organinių molekulių, tokių kaip tiofenas, benzenas, toluenas, propanas ir butanas.

6 paveikslas. Sezoninis metano lygio svyravimas Marse, matuojamas Roverio MER-A (smalsumas). Šaltinis: NASA / JPL-Caltech

Marse buvo vandens

Nors Marso paviršius šiuo metu yra nenuoseklus, akivaizdžių įrodymų yra, kad tolimoje praeityje Marso klimatas leido skystam vandeniui, kuris yra gyvybės ingredientas, kaip mes jį žinome, kauptis paviršiuje.

„Rover MER-A“ („Curiosity“) duomenys rodo, kad prieš milijardus metų Gale kraterio ežere buvo visos gyvybiškai reikalingos medžiagos, įskaitant cheminius komponentus ir energijos šaltinius.

Marso meteoritai

Kai kurie tyrėjai Marso meteoritus laiko gerais informacijos apie planetą šaltiniais, netgi teigdami, kad ten yra natūralių organinių molekulių ir net bakterijų mikrofosilijų. Šie požiūriai yra mokslinių diskusijų objektas.

7 paveikslas. Meteorito ALH84001 vidinės struktūros mikroskopinis vaizdas, parodantis struktūras, panašias į baciles. Šaltinis: NASA, per „Wikimedia Commons“

Šie meteoritai iš Marso yra labai reti ir yra vieninteliai tiesiogiai analizuojami raudonosios planetos pavyzdžiai.

Panspermija, meteoritai ir kometos

Viena iš hipotezių, palaikančių meteoritų (taip pat ir kometų) tyrimus, buvo vadinama panspermija. Tai susideda iš prielaidos, kad praeityje Žemės kolonizaciją vykdė mikroorganizmai, patekę į šių meteoritų vidų.

Šiandien taip pat yra hipotezių, leidžiančių manyti, kad sausumos vanduo atėjo iš kometų, kurios praeityje bombardavo mūsų planetą. Be to, manoma, kad šios kometos galėjo atsinešti pirmykščių molekulių, kurios leido vystytis gyvybei ar net jau išsivysčiusioms gyventi jų viduje.

Neseniai, 2017 m. Rugsėjo mėn., Europos kosmoso agentūra (ESA) sėkmingai įvykdė 2004 m. Pradėtą ​​misiją „Rosseta“. Ši misija buvo kometos 67P / Churyumov-Gerasimenko tyrinėjimas su Philae zondu, kuris ją pasiekė ir orbitavo. tada nusileisk. Šios misijos rezultatai vis dar tiriami.

Astrobiologijos svarba

Fermi paradoksas

Galima sakyti, kad pirminis klausimas, motyvuojantis studijuoti astrobiologiją, yra toks: Ar mes visatoje vieni?

Vien Paukščių Take yra šimtai milijardų žvaigždžių sistemų. Šis faktas kartu su Visatos amžiumi rodo, kad gyvenimas turėtų būti įprastas reiškinys mūsų galaktikoje.

Aplink šią temą garsėja Nobelio premijos laureato fiziko Enrico Fermi uždavinys: „Kur yra visi?“, Kurio jis uždavė per pietus, kur buvo kalbama apie tai, kad galaktika turėtų būti pilna. gyvenimo.

Klausimas baigėsi tokiu paradoksu, kuris yra jo vardas ir kuris išdėstytas taip:

SETI programa ir nežemiško intelekto paieška

Vienas iš galimų atsakymų į „Fermi“ paradoksą galėtų būti toks, kad civilizacijų, apie kurias galvojame, iš tikrųjų yra, bet mes jų neieškojome.

1960 m. Frankas Drake'as kartu su kitais astronomais pradėjo „Extrai-Earth Intelligence“ (SETI) programą.

Ši programa kartu su NASA įdėjo pastangų ieškant nežemiškos gyvybės ženklų, tokių kaip radijo ir mikrobangų signalai. Klausimai, kaip ir kur ieškoti šių signalų, padarė didelę pažangą daugelyje mokslo sričių.

8 pav. SETI naudojamas radijo teleskopas Arecibo mieste, Puerto Rike. Šaltinis: JidoBG, iš „Wikimedia Commons“

1993 m. JAV Kongresas atšaukė NASA finansavimą šiam tikslui, nes buvo klaidingai suprantama, ką reiškia paieška. Šiandien SETI projektas finansuojamas privačiomis lėšomis.

SETI projektas sukūrė net tokius Holivudo filmus kaip „Kontaktas“, kuriame vaidina aktorė Jodie Foster ir kuriuos įkvėpė to paties pavadinimo romanas, parašytas garsaus pasaulinio astronomo Carlo Sagano.

Drake'io lygtis

Frankas Drake'as įvertino civilizacijų, turinčių bendravimo įgūdžių, skaičių, naudodamas posakį, kuris yra jo vardas:

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

Kur N žymi civilizacijų, galinčių susisiekti su Žeme, skaičių ir yra išreiškiamas kaip kitų kintamųjų, tokių kaip:

• R *: žvaigždžių, panašių į mūsų saulę, formavimosi greitis
• f _p : šių žvaigždžių sistemų su planetomis dalis
• n _e : į Žemę panašių planetų skaičius vienoje planetų sistemoje
• f _l : šių planetų dalis, kur vystosi gyvybė
• f _i : frakcija, kurioje atsiranda intelektas
• f _c : komunikaciniu požiūriu tinkamų planetų dalis
• L: „civilių“ gyvenimo trukmė.

Drake'as suformulavo šią lygtį kaip įrankį, kad „nustatytų“ problemą, o ne kaip elementą, kad galėtų atlikti konkrečius įvertinimus, nes daugelį jos terminų įvertinti yra labai sunku. Vis dėlto sutariama, kad skaičius, kurį jis linkęs mesti, yra didelis.

Nauji scenarijai

Turėtume atkreipti dėmesį, kad suformulavus Dreiko lygtį, planetų ir mėnulių, esančių už mūsų Saulės sistemos (egzoplanetų) ribų, buvo labai mažai. Dešimtajame dešimtmetyje pasirodė pirmieji egzoplanetų įrodymai.

9 pav. Kepler teleskopas. Šaltinis: NASA, per „Wikimedia Commons“

Pavyzdžiui, NASA misija „Kepler“ aptiko 3 538 egzoplanetų kandidatus, iš kurių mažiausiai 1 000 yra nagrinėjamos sistemos „gyvenamojoje zonoje“ (atstumas, kuris leidžia egzistuoti skystam vandeniui).

Astrobiologija ir Žemės galų tyrinėjimas

Vienas iš astrobiologijos privalumų yra tas, kad jis didžiąja dalimi paskatino norą tyrinėti mūsų pačių planetą. Tai su viltimi pagal analogiją suprasti gyvenimo kitose vietose situaciją.

Pavyzdžiui, hidroterminių angų vandenyno dugne tyrimas leido mums pirmą kartą stebėti gyvenimą, nesusietą su fotosinteze. T. y., Šie tyrimai mums parodė, kad gali būti sistemų, kurių gyvenimas nepriklauso nuo saulės spindulių, kurios visada buvo laikomos būtinu reikalavimu.

Tai leidžia mums numanyti galimus gyvenimo scenarijus planetose, kur galima rasti skysto vandens, bet po storu ledo sluoksniu, kuris neleistų organizmams patekti į šviesą.

Kitas pavyzdys - sausų Antarktidos slėnių tyrimai. Ten jie gavo fotosintetines bakterijas, kurios išgyveno apsaugotos uolienų viduje (endolitinės bakterijos).

Tokiu atveju uola tarnauja ir kaip atrama, ir kaip apsauga nuo nepalankių vietos sąlygų. Ši strategija taip pat buvo aptikta druskos butuose ir karštuose šaltiniuose.

10 pav. „McMurdo“ sausieji slėniai Antarktidoje, vienoje iš vietų Žemėje, labiausiai panašių į Marsą. Šaltinis: JAV valstybės departamentas iš JAV, per „Wikimedia Commons“

Astrobiologijos perspektyvos

Mokslinės nežemiško gyvenimo paieškos iki šiol buvo nesėkmingos. Bet jis tampa sudėtingesnis, nes astrobiologiniai tyrimai pateikia naujų įžvalgų. Ateinantį astrobiologinių tyrinėjimų dešimtmetį bus matyti:

• Didesnės pastangos ištirti Marsą ir ledinius Jupiterio ir Saturno mėnulius.
• Beprecedentis sugebėjimas stebėti ir analizuoti ekstrasoliarias planetas.
• Didesnis potencialas projektuoti ir studijuoti paprastesnes gyvybės formas laboratorijoje.

Visi šie pasiekimai neabejotinai padidins mūsų tikimybę rasti gyvybę panašiose į Žemę planetose. Bet galbūt nežemiškas gyvenimas neegzistuoja arba yra taip išsisklaidęs visoje galaktikoje, kad mes beveik neturime jokių šansų jo rasti.

Net jei pastarasis scenarijus yra tikras, astrobiologijos tyrimai vis labiau plečia mūsų gyvenimo Žemėje ir jos vietos Visatoje perspektyvą.

Nuorodos

1. Chela-Flores, J. (1985). Evoliucija kaip kolektyvinis reiškinys. 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). Organinės medžiagos, išsaugotos 3 milijardų metų senumo akmenyse Gale krateryje, Marse. Mokslas, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / mokslas.aas9185
3. Goldmanas, AD (2015). Astrobiologija: apžvalga. In: Kolbas, Vera (red.). ASTROBIOLOGIJA: Evoliucinio požiūrio CRC leidykla
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Antarktidos viršutinio sausojo slėnio amžinojo įšalo mikroorganizmų gyvenimo peršalimo ribos. ISME žurnalas, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Kai kurios problemos, susijusios su metano kilme Marse. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). „Viking“ pažymėtas išleidimo biologijos eksperimentas: tarpiniai rezultatai. Science, 194 (4271), 1322–1329. doi: 10.1126 / mokslas.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Organinės molekulės Marse. Mokslas, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / mokslas.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Fono metano koncentracija Marso atmosferoje rodo didelius sezoninius pokyčius. Mokslas, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / mokslas.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Marso vandens ir ledo debesys ir krituliai. Mokslas, 325 (5936), 68–70. doi: 10.1126 / mokslas.1172344